DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA MEDIR EL DESCENSO DE POTENCIA EN UNA INSTALACIÓN SOLAR, E INSTALACIÓN SOLAR QUE COMPRENDE DICHO DISPOSITIVO.

Dispositivo y procedimiento para medir el descenso de potencia en una instalación solar e instalación solar que comprende dicho dispositivo.

Para medir de manera precisa y con bajo coste la pérdida de potencia de una instalación solar (17) debido a la suciedad. El dispositivo comprende: una primera célula (1) fotovoltaica para transformar energía solar en una primera corriente (8); medios de limpieza (4) de la primera célula (1); una segunda célula (2) fotovoltaica para transformar energía solar en una segunda corriente (9); un primer voltímetro (10) y un segundo voltímetro (11) para medir la intensidad de la primera tensión (8) y la segunda tensión (9); y un módulo de control (12) para comparar las medidas de los voltímetros (10, 11) y determinar el descenso de potencia.

Dispositivo y procedimiento para medir el descenso de potencia en una instalación solar, e instalación solar que comprende dicho dispositivo.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede incluir dentro del campo técnico de la tecnología solar, tanto para tecnología termosolar como para solar fotovoltaica.

En concreto, la invención tiene por objetos un dispositivo y un procedimiento destinados a medir el descenso de rendimiento en instalaciones solares. Un tercer objeto de la invención es una instalación solar que comprende el mencionado dispositivo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Para transformar la energía solar en un tipo de energía aprovechable a gran escala (usualmente energía térmica o energía eléctrica) , se emplean lo que se denomina instalaciones (también llamadas plantas) solares térmicas o fotovoltaicas, respectivamente.

Una de tales instalaciones solares comprende a su vez una o varias (normalmente varias) estructuras que, en el caso de instalaciones solares térmicas, se denominan helióstatos. En el caso de instalaciones solares fotovoltaicas, las estructuras pueden ser fijas o estar dotadas de seguidores solares.

Las estructuras están formadas por captadores solares que, en el caso de instalaciones solares fotovoltaicas, se denominan módulos fotovoltaicos que, a su vez, comprenden una pluralidad (usualmente 72) dispositivos solares denominados células fotovoltaicas (también llamadas células fotoeléctricas) . Las células fotovoltaicas están adaptadas para captar la energía solar que incide sobre ellas y generar a partir de dicha energía una corriente eléctrica.

Una vez definida la configuración o composición de los dispositivos solares que comprende la instalación solar, la potencia obtenida en dicha instalación solar depende en gran medida de la irradiancia incidente sobre los captadores. Uno de los parámetros que afecta en mayor medida a dicha irradiancia es la orientación de los captadores. Otro parámetro que afecta de manera esencial es la suciedad acumulada sobre dichos captadores, puesto que la acumulación de polvo o suciedad disminuye la superficie útil de los captadores produciendo, sobre todo en verano, un descenso considerable del rendimiento de la instalación, lo cual obliga a planificar una limpieza sistemática de los captadores.

Lamentablemente, el efecto sobre el rendimiento de la instalación solar de la suciedad acumulada sobre los captadores no es directamente cuantificable a través de una simple inspección visual, con lo cual no es posible determinar mediante dicha inspección si el descenso de rendimiento de la instalación solar ha alcanzado un valor crítico a partir del cual la inversión destinada a la limpieza de los captadores es inferior al coste asociado al descenso de rendimiento.

Por ello, en muchas instalaciones solares se procede a efectuar una limpieza periódica de los captadores, lo cual implica el riesgo de asumir un gasto en limpieza cuando aún no se ha alcanzado el valor crítico antes mencionado, o bien mantener la instalación solar en funcionamiento a bajo rendimiento durante un período de tiempo.

Existe un método muy preciso de determinar el descenso de rendimiento de una instalación solar. Dicho método comprende efectuar una medición de la potencia obtenida asociada a módulos fotovoltaicos sucios; limpiar dichos módulos; y efectuar una medida de potencia con los módulos limpios. Posteriormente se comparan las dos medidas y se obtiene una estimación del grado de suciedad del módulo. Este método presenta el inconveniente de ser muy laborioso, por lo que es raramente empleado.

El problema técnico que se pretende resolver trata de efectuar, de manera precisa y con coste reducido, una medida del descenso de la potencia generada en una instalación solar debido a la suciedad, para saber si el descenso de potencia ha alcanzado un valor crítico que aconseje proceder a la limpieza de dicha instalación.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve el problema técnico planteado, a través de un dispositivo para medir el descenso de la potencia obtenida en una instalación solar. Un segundo objeto de la invención se refiere a una instalación solar que incorpora dicho dispositivo. Un tercer objeto de la invención se refiere a un procedimiento para medir el descenso de la potencia obtenida en dicha instalación solar, empleando el mencionado dispositivo.

El dispositivo de la invención comprende al menos una primera célula fotovoltaica (preferentemente una pluralidad de primeras células fotovoltaicas con un tamaño entre 4 y 8 pulgadas, es decir entre 10 y 15 cm, ) dispuestas según un primer módulo fotovoltaico que es mantenido sustancialmente limpio mediante unos medios de limpieza automatizados, así como comprende adicionalmente una segunda célula fotovoltaica (preferentemente una pluralidad de segundas células fotovoltaicas dispuestas según un segundo módulo fotovoltaico) . La disposición de un número reducido (por ejemplo, cuatro) de primeras células fotovoltaicas y/o de segundas células fotovoltaicas permite obtener una precisión razonable en las medidas de potencia realizadas, tal como se explicará más adelante, sin elevar sustancialmente los costes ni la complejidad del dispositivo.

La invención prevé la disposición de cualesquiera medios de limpieza automatizados, si bien se prefieren, por su sencillez, un brazo giratorio (a modo por ejemplo de limpiaparabrisas) , en cooperación con boquillas que impulsan hacia dichas primeras células una solución limpiadora (preferentemente agua) desde un depósito, a través de una bomba. Unos medios de comando se disponen para controlar el funcionamiento de los medios de limpieza. Dichos medios de comando están adaptados para ordenar la limpieza externa de las primeras células según ciclos programables. Se entiende por limpieza externa de unas células la limpieza de un protector transparente de vidrio o plástico que protege las células.

La instalación solar a la que es aplicable la invención comprende unos captadores, adaptados para captar la radiación solar y, bien transformarla en energía eléctrica, bien transmitirla a un fluido caloportador. La ubicación y las condiciones, tanto de las primeras células como de las segundas células, son representativas del funcionamiento de los captadores. Las segundas células únicamente se limpian de manera eventual, como se explicará más adelante. Los captadores pueden ser de cualquier tipo, tanto de los que son propios de instalaciones solares térmicas como de instalaciones solares fotovoltaicas. Por ejemplo, los captadores pueden ser módulos fotovoltaicos, colectores solares planos, colectores solares cilíndrico-parabólicos, lentes de Fresnel, etc.

De manera preferente, las primeras células son de la misma tecnología que las segundas células, entendiéndose como tal que las primeras células y las segundas células están elaboradas de idénticos materiales (silicio cristalino, silicio amorfo, CIS, GaAs, etc) . Adicionalmente, se prefiere que las primeras células sean iguales a las segundas células en el sentido en que, de fábrica, están adaptadas para responder de sustancialmente idéntica manera ante el mismo estímulo. Adicionalmente, se prefiere que las primeras células y las segundas células estén en unas condiciones de vida que permiten una respuesta similar en idénticas condiciones de contorno.

Las primeras y las segundas células fotovoltaicas están conectadas a respectivamente sendas primeras resistencias y segundas resistencias , cuyos valores son, de manera preferente, lo suficientemente bajos como para determinar un funcionamiento de las primeras células y las segundas células sustancialmente coincidente con el punto denominado de cortocircuito, caracterizado porque (dadas una temperatura de la célula y una irradiancia solar) la corriente suministrada por las primeras células y las segundas células tiene una intensidad máxima y una tensión sustancialmente nula. Recordemos que una curva I-V de una célula fotovoltaica representa los pares (I, V) asociados a dicha célula en función de la resistencia conectada a la célula, para una irradiancia solar y una temperatura de la célula determinadas.

Se dispone de un primer voltímetro para determinar el valor de una primera caída de tensión generada (preferiblemente entre 0.4 y 1.5 voltios) en las primeras resistencias por la corriente de las primeras células. A partir de la relación que existe entre las curvas I-V de una misma célula para diferentes irradiancias y temperaturas, es conocido que la corriente del punto de cortocircuito (obtenida a partir de la tensión según la curva I-V correspondiente) es un valor...

1. Dispositivo para medir el descenso de potencia en una instalación solar (17) , caracterizado porque comprende:

- al menos una primera célula (1) fotovoltaica conectada a una primera resistencia (6) , dicha primera célula (1) adaptada para captar energía solar y transformar dicha energía solar en una primera corriente eléctrica (8) ; -unos medios de limpieza (4) automatizados para mantener limpia la primera célula (1) ;

- al menos una segunda célula (2) fotovoltaica conectada a una segunda resistencia (7) , dicha segunda célula

(2) adaptada para captar energía solar y transformar dicha energía solar en una segunda corriente eléctrica (9) , donde dichas primera célula (1) y segunda célula (2) son representativas de las condiciones de funcionamiento de una pluralidad de captadores (5) que componen la instalación solar (17) ;

- primeras resistencias (6) y segundas resistencias (7) conectadas respectivamente a las primeras células (1) y las segundas células (2) ;

- un primer voltímetro (10) y un segundo voltímetro (11) para determinar respectivamente el valor de una primera caída de tensión generada en la primera resistencia (6) por la primera corriente (8) , y una segunda caída de tensión generada en la segunda resistencia (7) por la segunda corriente (9) ; y

- un módulo de control (12) para recibir las medidas del primer voltímetro (10) y del segundo voltímetro (11) , donde el módulo de control (12) comprende adicionalmente:

- unos medios de cálculo (16) para establecer una comparación de los valores de la primera tensión con los valores de la segunda tensión y, a partir de dicha comparación, determinar, la pérdida de potencia en los dispositivos solares (5) de la instalación solar (17) por efecto de la suciedad, en base a relaciones conocidas u obtenidas entre el funcionamiento de dichos dispositivos solares (5) y la segunda célula (2) .

2. Dispositivo para medir el descenso de potencia en instalaciones de transformación de energía solar, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los valores de la primera resistencia (6) y/o de la segunda resistencia (7) son suficientemente bajos como para que las intensidades de la primera corriente (8) y de la segunda corriente (9) sean sustancialmente iguales a las intensidades de cortocircuito de la curva I-V de, respectivamente, la o las primeras células (1) y la o las segundas células (2) , para una temperatura de la o las primeras células (1) y de la o las segundas células (2) , así como para una irradiancia solar, dadas.

3. Dispositivo para medir el descenso de potencia en instalaciones de transformación de energía solar, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque existe una pluralidad de primeras células (1) fotovoltaicas agrupadas según un primer módulo (18) solar fotovoltaico, así como existe una pluralidad de segundas células (2) fotovoltaicas agrupadas según un segundo módulo (19) solar fotovoltaico.

4. Dispositivo para medir el descenso de potencia en instalaciones de transformación de energía solar, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque las primeras células (1) son iguales a las segundas células (2) .

5. Dispositivo para medir el descenso de potencia en instalaciones de transformación de energía solar, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de limpieza comprenden:

-al menos una boquilla para impulsar hacia la o las primeras células (1) una solución limpiadora desde un depósito, a través de una bomba;

- un brazo (4) giratorio para retirar de la o las primeras células (1) la suciedad junto con la solución limpiadora; y

- unos medios de comando adaptados para determinar el funcionamiento de la bomba y del brazo (4) según ciclos programables.

6. Dispositivo para medir el descenso de potencia en instalaciones de transformación de energía solar, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de control (12) incorporan el primer voltímetro (10) y el segundo voltímetro (11) .

7. Instalación solar (17) , que comprende captadores (5) adaptados para captar y transformar energía solar, caracterizada porque comprende adicionalmente el dispositivo descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

8. Instalación solar (17) , de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque los captadores (5) son terceras células (5) fotovoltaicas.

9. Instalación solar (17) , de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque las terceras células (5) son iguales a la o las primeras células (1) y/o a la o las segundas células (2) .

10. Instalación solar (17) , de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque la o las primeras células (1) y la o las segundas células (2) están ubicadas en un entorno con sustancialmente las mismas condiciones de al menos suciedad, temperatura, irradiancia, orientación, viento, que los captadores (5) , para ser representativos de dichos captadores (5) .

11. Procedimiento para medir el descenso de potencia en la instalación solar descrita en una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10 empleando el dispositivo descrito en las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

-limpiar la o las primeras células (1) ;

-medir con el primer voltímetro (10) la primera tensión (8) generada por la o las primeras células (1) fotovoltaicas conectadas a la primera resistencia (6) ;

-medir con el segundo voltímetro (11) la segunda tensión (9) generada por la o las segundas células (2) fotovoltaicas conectadas a la segunda resistencia (7) ;

- recibir en el módulo de control (12) las medidas realizadas por el primer voltímetro (10) y el segundo voltímetro (11) ;

- establecer una comparación, empleando los medios de cálculo (16) , de los valores de la tensión medida por el primer voltímetro (10) con la tensión medida por el segundo voltímetro (11) ; y,

- determinar, a partir de dicha comparación, el descenso de potencia en los segundos captadores (5) , en base a relaciones conocidas u obtenidas entre el funcionamiento de la o las segundas células (2) y los captadores (5) de la instalación solar (17) .

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque comprende las siguientes etapas previas: -limpiar la o las segundas células (2) y los captadores (5) ;

- realizar durante un número de períodos de tiempo consecutivos (por ejemplo, treinta días) siguientes a la limpieza, las siguientes acciones: a) determinar la producción energética de la planta, P, y b) empleando unos medios de medición (21) de la radiación, conectados a la o las primeras células (1) y a las segundas células (2) , determinar la energía radiante total G1 y G2, respectivamente, captadas por las primeras células (1) y las o las segundas células (2) ;

- determinar, a partir de los datos obtenidos anteriormente para G1, G2 y P, de cada período, los coeficientes A y B en la recta de regresión Y = A*X + B, donde: X representa G2/G1, e Y representa P/G1.

donde para cada par de medidas de primera tensión y segunda tensión, los medios de cálculo (16) del módulo de control

(12) calculan, a partir de los coeficientes A y B, el valor Y correspondiente para un valor X igual al cociente C entre la primera tensión y la segunda tensión, y, a partir del valor Y, el módulo de control (12) devuelve una estimación de la pérdida de potencia que, en tanto por uno, es igual a 1 – Y.

13. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 y 12, caracterizado porque, tras la determinación del descenso de potencia, comprende adicionalmente los siguientes pasos:

- comparar, mediante los medios de cálculo (16) , el valor del descenso de potencia con un valor umbral preestablecido;

- determinar, por medio de los medios de control (12) , la limpieza de los segundos captadores (5) si el valor del descenso de potencia es superior a dicho valor umbral.

14. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque comprende la repetición periódica de los pasos descritos después de la limpieza de la o las primeras células.

15. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque comprende adicionalmente el paso de mantener la o las primeras células (1) limpias por medio de la acción de los medios de limpieza según un ciclo programable.