ES2802473B2 - METHOD AND SYSTEM TO INSPECT PHOTOVOLTAIC PANELS IN OPERATION - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
MÉTODO Y SISTEMA PARA INSPECCIONAR PANELES FOTOVOLTAICOS ENMETHOD AND SYSTEM TO INSPECT PHOTOVOLTAIC PANELS IN
FUNCIONAMIENTOFUNCTIONING
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
La presente invención se refiere al campo técnico de las energías renovables y más concretamente a la inspección y control de calidad de módulos fotovoltaicos en funcionamiento mediante, por ejemplo, medidas de electroluminiscencia.The present invention relates to the technical field of renewable energies and more specifically to the inspection and quality control of photovoltaic modules in operation by means of, for example, electroluminescence measurements.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Actualmente, en la inspección de módulos fotovoltaicos mediante luminiscencia es necesario desconectar el panel de la red eléctrica para poder aplicar una tensión eléctrica mediante una fuente de alimentación.Currently, in the inspection of photovoltaic modules by luminescence it is necessary to disconnect the panel from the electrical network to be able to apply an electrical voltage through a power supply.
La desconexión del panel supone un problema de seguridad y una pérdida productiva, dado que, aunque la caracterización de un único panel no requiere mucho tiempo, en las plantas fotovoltaicas los paneles están conectados en grandes series.The disconnection of the panel represents a safety problem and a loss of production, since, although the characterization of a single panel does not require much time, in photovoltaic plants the panels are connected in large series.
Por tanto, se echa en falta en el estado del arte una solución que permita controlar el buen funcionamiento de las instalaciones solares de una forma segura y que no interfiera en la operación normal de los paneles.Therefore, the state of the art lacks a solution that allows controlling the proper functioning of the solar installations in a safe way and that does not interfere with the normal operation of the panels.
El estado de la técnica viene dado, por ejemplo, por el documento WO2018098516 que divulga aparatos y métodos para inspeccionar módulos fotovoltaicos en uno o más puntos, empleando técnicas de imagen de luminiscencia de escaneado en línea.The state of the art is given, for example, by the document WO2018098516 which discloses apparatus and methods for inspecting photovoltaic modules at one or more points, using on-line scanning luminescence imaging techniques.
Además, los documentos WO2016118975 y US 2018262159 describen otros métodos de inspección de módulos fotovoltaicos que incluyen iluminar una porción de la superficie de dichos módulos.Furthermore, documents WO2016118975 and US 2018262159 describe other methods of inspection of photovoltaic modules that include illuminating a portion of the surface of said modules.
No obstante, ninguno de dichos documentos de la técnica anterior describe la presente invención tal y como ahora se reivindica. However, none of these prior art documents describe the present invention as it is now claimed.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados anteriormente, la presente invención describe, en un primer aspecto un sistema para inspeccionar un panel fotovoltaico que comprende:In order to achieve the objectives and avoid the aforementioned drawbacks, the present invention describes, in a first aspect, a system for inspecting a photovoltaic panel comprising:
- unos medios cobertores, conmutables entre dos estados de diferente opacidad, configurados para disponerse sobre el panel fotovoltaico y cubrir al menos una primera célula de un grupo de células de dicho panel;- a cover means, switchable between two states of different opacity, configured to be arranged on the photovoltaic panel and cover at least one first cell of a group of cells of said panel;
- una carcasa dimensionada para cubrir una parte de una segunda célula del grupo de células;- a housing dimensioned to cover a part of a second cell of the group of cells;
- unos medios de captura de imagen, alojados en la carcasa, configurados para obtener imágenes de luminiscencia emitida por la parte cubierta de la segunda célula; y- image capture means, housed in the housing, configured to obtain images of luminescence emitted by the covered part of the second cell; and
- un microprocesador que dispone de un software de tratamiento de imagen configurado para obtener la variación de luminiscencia de la segunda célula, basada en las imágenes de luminiscencia obtenidas para los estados de diferente opacidad de los medios cobertores y determinar un estado de funcionamiento basado en la variación de luminiscencia obtenida.- a microprocessor that has image processing software configured to obtain the luminescence variation of the second cell, based on the luminescence images obtained for the different opacity states of the covering means and determine an operating state based on the luminescence variation obtained.
El sistema de la presente invención contempla en una de sus realizaciones un relé de estado sólido, alojado en la carcasa, que controla la conmutación de los medios cobertores de un primer estado de opacidad a un segundo estado de opacidad y viceversa. Así, ventajosamente puede controlarse las condiciones de opacidad de los medios cobertores, para posteriormente determinar la imagen de luminiscencia mediante la sustracción de las imágenes obtenidas con diferente opacidad de los medios cobertores. En una de las realizaciones preferentes los medios cobertores comprenden al menos un cristal electrocrómico.The system of the present invention contemplates in one of its embodiments a solid state relay, housed in the housing, which controls the switching of the cover means from a first opaque state to a second opaque state and vice versa. Thus, the opacity conditions of the covering means can advantageously be controlled, to subsequently determine the luminescence image by subtracting the images obtained with different opacity of the covering means. In one of the preferred embodiments, the covering means comprise at least one electrochromic crystal.
Los medios de captura de imagen en una de las realizaciones de la presente invención comprenden una cámara con un sensor a seleccionar entre: un sensor de Si, un sensor de InGaAs, o un sensor de InSb, o cualquier otro tipo de sensor sensible a la luminiscencia emitida por el módulo fotovoltaico. The image capture means in one of the embodiments of the present invention comprise a camera with a sensor to be selected from: a Si sensor, an InGaAs sensor, or an InSb sensor, or any other type of sensor sensitive to the luminescence emitted by the photovoltaic module.
Adicionalmente, la presente invención contempla otros elementos electrónicos alojados en el interior de la carcasa, como, por ejemplo, de acuerdo a una de las realizaciones de la invención, una batería para almacenar energía y una fuente de alimentación conectada a los medios de captura de imagen. Así, ventajosamente se proporciona al sistema de inspección de la presente invención una mayor autonomía y evita su dependencia de otros dispositivos auxiliares.Additionally, the present invention contemplates other electronic elements housed inside the casing, such as, for example, according to one of the embodiments of the invention, a battery for storing energy and a power supply connected to the means for capturing energy. image. Thus, the inspection system of the present invention is advantageously provided with greater autonomy and avoids its dependence on other auxiliary devices.
En una de las realizaciones preferentes de la presente invención, se contemplan unos medios de desplazamiento del sistema por toda la superficie del panel fotovoltaico a inspeccionar, donde los medios de desplazamiento se disponen en un marco sobre el que también se disponen los medios cobertores y la carcasa. En una de las realizaciones particulares estos medios de desplazamiento consisten en un juego de ruedas de material blando dispuestas en la parte inferior del marco. Así, ventajosamente, el equipo de inspección puede recorrer el panel sin provocar ningún daño ni rayón, ya que los medios de desplazamiento son el único contacto físico que recibe el panel fotovoltaico durante una operación de inspección.In one of the preferred embodiments of the present invention, means of displacement of the system are contemplated over the entire surface of the photovoltaic panel to be inspected, where the means of displacement are arranged in a frame on which the cover means and the Case. In one of the particular embodiments, these means of movement consist of a set of soft material wheels arranged in the lower part of the frame. Thus, advantageously, the inspection equipment can traverse the panel without causing any damage or scratches, since the displacement means is the only physical contact that the photovoltaic panel receives during an inspection operation.
Opcionalmente, se contempla una tapa superior en la carcasa, donde dicha tapa está unida al resto de la carcasa mediante unos medios pivotantes de tipo bisagra que permiten su apertura. Así, ventajosamente pueden protegerse los componentes electrónicos alojados en el interior de la carcasa, pero sin renunciar a tener acceso a ellos para sustitución o reparación, por ejemplo.Optionally, an upper cover is contemplated on the casing, where said cover is attached to the rest of the casing by means of pivoting means of the hinge type that allow it to be opened. Thus, the electronic components housed inside the housing can advantageously be protected, but without giving up having access to them for replacement or repair, for example.
Opcionalmente, se contempla una tapa lateral en la carcasa, donde dicha tapa lateral está unida al resto de la carcasa mediante unos medios pivotantes de tipo bisagra que permiten su apertura lateral para acceder a la cámara.Optionally, a side cover is contemplated on the housing, where said side cover is attached to the rest of the housing by means of pivoting hinge-type means that allow its lateral opening to access the chamber.
En una de las realizaciones de la invención, el equipo de inspección se estructura de manera que los medios cobertores y la carcasa se disponen en planos perpendiculares entre sí. Así, pueden realizarse equipos, por ejemplo, con forma de "L” o de "T” invertida que resultan apropiados para combinar un buen efecto de sombreado sobre las células (al disponer los medios cobertores en un plano paralelo al del panel), y una buena obtención de imágenes (al disponer la carcasa en un plano perpendicular al panel) de manera que los medios de obtención de imágenes alojados en su interior enfocan perpendicularmente a las células que se están inspeccionando.In one of the embodiments of the invention, the inspection equipment is structured so that the cover means and the housing are arranged in planes perpendicular to each other. Thus, equipment can be made, for example, with an "L" or an inverted "T" shape that are appropriate to combine a good shading effect on the cells (by arranging the covering means in a plane parallel to that of the panel), and good imaging (by arranging the housing in a plane perpendicular to the panel) so that the imaging media housed within it focuses perpendicular to the cells being inspected.
De acuerdo a una realización particular de la invención, la configuración en forma de "T” invertida de la invención comprende comprenden un primer cristal electrocrómico dispuesto transversalmente a un lado de la carcasa y un segundo cristal electrocrómico dispuesto en un mismo plano que el primer cristal, pero en el lado contrario de la carcasa.According to a particular embodiment of the invention, the inverted "T" -shaped configuration of the invention comprises a first electrochromic crystal arranged transversely to one side of the housing and a second electrochromic crystal arranged in the same plane as the first crystal. , but on the opposite side of the case.
Alternativamente, en una de las realizaciones de la invención, la carcasa tiene una sección rectangular dimensionada para cubrir, cuando se sitúa sobre un panel fotovoltaico a inspeccionar, la mitad de al menos dos células. Así, ventajosamente, el equipo de inspección puede reducir el tiempo y la longitud de los desplazamientos necesarios para inspeccionar el panel completo al obtener imágenes de varias células al mismo tiempo.Alternatively, in one of the embodiments of the invention, the housing has a rectangular section sized to cover, when placed on a photovoltaic panel to be inspected, half of at least two cells. Thus, advantageously, the inspection equipment can reduce the time and length of travel required to inspect the entire panel by imaging multiple cells at the same time.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un método para inspeccionar un panel fotovoltaico que comprende los pasos de:A second aspect of the invention refers to a method for inspecting a photovoltaic panel that comprises the steps of:
- cubrir, por unos medios cobertores con un primer grado de opacidad, al menos una primera célula de un grupo de células del panel fotovoltaico;- covering, by means of covering means with a first degree of opacity, at least one first cell of a group of cells of the photovoltaic panel;
- cubrir, por una carcasa, una parte de una segunda célula del grupo de células del panel fotovoltaico, donde la parte sin cubrir queda expuesta a una radiación solar; - obtener, por unos medios de captura de imagen alojados en la carcasa, una primera imagen de luminiscencia producida en la primera parte de la célula como resultado de la radiación solar recibida en la parte sin cubrir;- covering, by a casing, a part of a second cell of the group of cells of the photovoltaic panel, where the uncovered part is exposed to solar radiation; - obtaining, by means of image capture housed in the housing, a first luminescence image produced in the first part of the cell as a result of solar radiation received in the uncovered part;
- modificar la opacidad de los medios cobertores a un segundo grado opacidad;- modify the opacity of the covering means to a second opacity degree;
- obtener una segunda imagen de luminiscencia de la primera parte de la célula;- obtaining a second luminescence image of the first part of the cell;
- obtener la variación de la luminiscencia de la segunda célula como resultado de restar la primera y la segunda imagen de luminiscencia; y- obtaining the variation of the luminescence of the second cell as a result of subtracting the first and second luminescence images; and
- determinar un estado de funcionamiento basado en la variación de luminiscencia obtenida.- determining an operating state based on the variation in luminescence obtained.
En una de las realizaciones de la invención, cuando hay mucha luz ambiente, para eliminar mejor el ruido se contempla repetir varias veces el ciclo de captura de imágenes de luminiscencia. In one of the embodiments of the invention, when there is a lot of ambient light, to better eliminate noise it is contemplated to repeat the luminescence imaging cycle several times.
En una de las realizaciones de la invención, se almacena en el microprocesador un software de tratamiento de imagen específicamente desarrollado para obtener la variación de luminiscencia de la segunda célula, basada en las imágenes de luminiscencia obtenidas para los estados de diferente opacidad de los medios cobertores y determinar un estado de funcionamiento basado en la variación de luminiscencia obtenida.In one of the embodiments of the invention, an image processing software specifically developed to obtain the luminescence variation of the second cell, based on the luminescence images obtained for the different opacity states of the covering media, is stored in the microprocessor. and determining an operating state based on the obtained luminescence variation.
De acuerdo a una realización de la invención, para modificar la opacidad de los medios cobertores, se aplica un campo eléctrico a los medios cobertores, conmutado por medio de un relé de estado sólido, sincronizando además, por el microprocesador, las modificaciones de opacidad de los medios cobertores con la obtención de imágenes de luminiscencia.According to an embodiment of the invention, to modify the opacity of the covering means, an electric field is applied to the covering means, switched by means of a solid state relay, also synchronizing, by the microprocessor, the opacity modifications of the blanking media with luminescence imaging.
En una de las realizaciones de la presente invención, la medida de la variación de luminiscencia en las imágenes se realiza substrayendo, pixel a pixel, las dos imágenes obtenidas con distinta opacidad de los medios cobertores, generando posteriormente una nueva imagen con el resultado de dicha resta.In one of the embodiments of the present invention, the measurement of the luminescence variation in the images is performed by subtracting, pixel by pixel, the two images obtained with different opacity of the covering means, subsequently generating a new image with the result of said subtraction.
Adicionalmente, la presente invención contempla: determinar una ruta de desplazamiento que, con unos medios de desplazamiento adecuados, permite a un dispositivo de inspección que comprende los medios de captura de imagen y los medios cobertores recorrer la superficie del panel fotovoltaico siguiendo la ruta programada. Así, ventajosamente se elimina la necesidad de un guiado manual del dispositivo y permite realizar una planificación óptima de los desplazamientos necesarios para la inspección del panel. En una de las realizaciones de la invención, un software específicamente desarrollado permite programar rutas de desplazamiento determinadas y cargarlas posteriormente en el microprocesador.Additionally, the present invention contemplates: determining a movement route that, with suitable movement means, allows an inspection device comprising the image capture means and the covering means to travel the surface of the photovoltaic panel following the programmed route. Thus, the need for manual guidance of the device is advantageously eliminated and allows optimal planning of the movements necessary for the inspection of the panel to be carried out. In one of the embodiments of the invention, specifically developed software makes it possible to program certain travel paths and subsequently load them into the microprocessor.
La medición a través de electroluminiscencia de la presente invención permite detectar posibles errores de fabricación o daños producidos durante el transporte o el montaje de los paneles de manera muy rápida y sin implicar ninguna operación adicional de desconexión de elementos que suponen riesgos para el personal y una pérdida productiva.The measurement through electroluminescence of the present invention makes it possible to detect possible manufacturing errors or damage caused during transport or assembly of the panels very quickly and without involving any additional operation to disconnect elements that pose risks to personnel and a productive loss.
Además, durante toda la vida útil de los paneles fotovoltaicos, el método y sistema de la presente invención permite una monitorización mucho más frecuente de su funcionamiento en comparación con las inspecciones realizadas por los métodos tradicionales que requieren una manipulación física de los mismos, conectando equipos adicionales y/o desconectando los paneles fotovoltaicos, lo que hace que dichas inspecciones estén mucho más espaciadas en el tiempo y, por tanto, las posibilidades de detectar un fallo temprano se ven reducidas.In addition, throughout the useful life of the photovoltaic panels, the method and system of the present invention allows a much more frequent monitoring of their operation compared to the inspections carried out by traditional methods that require physical manipulation of the same, connecting equipment additional and / or disconnecting photovoltaic panels, which means that these inspections are much more spaced in time and, therefore, the chances of detecting an early failure are reduced.
Adicionalmente, las medidas se realizan durante el funcionamiento del panel por lo que los resultados son más fieles al estado del panel trabajando.Additionally, the measurements are made during the panel operation so the results are more faithful to the state of the panel working.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Para completar la descripción de la invención y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización de la misma, se acompaña un conjunto de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se han representado las siguientes figuras:To complete the description of the invention and in order to help a better understanding of its characteristics, according to a preferred example of its embodiment, a set of drawings is attached where, by way of illustration and not limitation, they have been represented the following figures:
- La figura 1 representa una de las realizaciones particulares de la invención donde se dispone una carcasa dimensionada para tapar dos medias células y dos elementos cobertores de sombreado.- Figure 1 represents one of the particular embodiments of the invention where a dimensioned casing is provided to cover two half cells and two shading covering elements.
- La figura 2 representa una de las realizaciones particulares de la invención, donde la tapa de la carcasa en posición abierta permite observar los componentes electrónicos alojados en su interior.- Figure 2 represents one of the particular embodiments of the invention, where the housing cover in the open position allows the electronic components housed inside to be observed.
- La figura 3 representa una vista en planta de una realización de la presente invención dispuesta sobre un panel fotovoltaico, con un recorrido completo de ejemplo.- Figure 3 represents a plan view of an embodiment of the present invention arranged on a photovoltaic panel, with a complete example path.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención divulga un método y un sistema para inspeccionar paneles fotovoltaicos mediante un análisis de luminiscencia, con el panel en funcionamiento y sin alterar las conexiones de la instalación, donde la fuente de excitación utilizada es directamente la luz solar. Así, el funcionamiento básico consiste en cubrir una de las células 4 de un panel fotovoltaico 3, para limitar la corriente en las células conectadas en serie, aumentando la probabilidad de recombinación radiativa e incrementando la señal de luminiscencia emitida por las células conectadas en serie. The present invention discloses a method and a system to inspect photovoltaic panels by means of a luminescence analysis, with the panel in operation and without altering the connections of the installation, where the excitation source used is directly sunlight. Thus, the basic operation consists of covering one of the cells 4 of a photovoltaic panel 3, to limit the current in the cells connected in series, increasing the probability of radiative recombination and increasing the luminescence signal emitted by the cells connected in series.
Para conseguir el efecto anterior, la presente invención aprovecha ventajosamente la configuración común de los paneles fotovoltaicos en series de células con diodos de protección, en los que para prevenir un malfuncionamiento de todo el panel ante la aparición de zonas sombreadas o la aparición de puntos calientes al detectar un malfuncionamiento en una cualquiera de las células, deja de circular corriente por la serie de células, desviándose ésta por el diodo de protección, permitiendo que el resto de series de células del panel fotovoltaico puedan seguir en funcionamiento normal.To achieve the above effect, the present invention advantageously takes advantage of the common configuration of photovoltaic panels in series of cells with protection diodes, in which to prevent a malfunction of the entire panel in the event of the appearance of shaded areas or the appearance of hot spots Upon detecting a malfunction in any one of the cells, current stops flowing through the series of cells, diverting it through the protection diode, allowing the rest of the series of cells of the photovoltaic panel to continue in normal operation.
En la figura 1 puede verse una de las realizaciones preferentes de la invención donde se dispone una carcasa 1, que aloja los componentes electrónicos del sistema, dimensionada para tapar simultáneamente dos medias células de un panel fotovoltaico 3, y donde el sistema comprende también un par de elementos cobertores, en este caso cristales electrocrómicos 2, uno delantero y otro trasero, para el sombreado de las células del panel fotovoltaico 3. Esta realización representada en la figura 1 está configurada para tapar, en parte, dos células por la misma razón de la que dispone de dos cristales electrocrómicos, y no es otra que la de optimizar los movimientos necesarios para realizar medidas de luminiscencia de todas las células del panel fotovoltaico, pero el funcionamiento es el mismo con una carcasa dimensionada para tapar parte de una única célula y utilizando un solo elemento cobertor.Figure 1 shows one of the preferred embodiments of the invention where a housing 1 is arranged, which houses the electronic components of the system, sized to simultaneously cover two half cells of a photovoltaic panel 3, and where the system also comprises a pair of covering elements, in this case electrochromic crystals 2, one front and one rear, for shading the cells of the photovoltaic panel 3. This embodiment represented in figure 1 is configured to partially cover two cells for the same reason of the one that has two electrochromic crystals, and is none other than optimizing the movements necessary to carry out luminescence measurements of all the cells of the photovoltaic panel, but the operation is the same with a housing sized to cover part of a single cell and using a single cover element.
Para captar la luminiscencia base del método de inspección y el sistema de la presente invención, de acuerdo a una de las realizaciones preferentes, el sistema dispone de una cámara, que preferiblemente dispone de un sensor de InGaAs, que detecta la emisión de luminiscencia provocada en la parte de la célula que está siendo cubierta (o lo que es lo mismo, la parte de la célula que no está siendo expuesta directamente al sol) del panel en funcionamiento, causada por la excitación que provoca la exposición directa a la luz solar de la otra parte de la célula.To capture the base luminescence of the inspection method and the system of the present invention, according to one of the preferred embodiments, the system has a camera, which preferably has an InGaAs sensor, which detects the luminescence emission caused in the part of the cell that is being covered (or what is the same, the part of the cell that is not being exposed directly to the sun) of the panel in operation, caused by the excitation that causes direct exposure to sunlight of the other part of the cell.
En la figura 2, se muestra una tapa superior 21 de la carcasa 1 que, en posición abierta permite observar los principales componentes electrónicos del sistema. En una de las realizaciones, el sistema cuenta con una fuente de alimentación 22 para alimentar la cámara 23, una batería 24, un microprocesador 25 y un relé de estado sólido 26. Para tener acceso al objetivo de la cámara, en la parte inferior de la carcasa se dispone una tapa lateral 27. In figure 2, an upper cover 21 of the casing 1 is shown which, in the open position, allows the main electronic components of the system to be observed. In one of the embodiments, the system has a power supply 22 to power the camera 23, a battery 24, a microprocessor 25 and a solid state relay 26. To access the camera lens, at the bottom of the The casing is provided with a side cover 27.
El diseño de la carcasa 1 tiene una sección de geometría rectangular dimensionada para tapar al menos media célula, de manera que la cámara 23 se dispone en el interior enfocando perpendicularmente hacia la parte de la célula que se encuentra cubierta por la propia carcasa. Esta parte sobre la que enfoca la cámara no está siendo excitada por la luz del sol, pero las corrientes causadas por el efecto fotoeléctrico que produce la luz del sol en la parte de la célula que no está cubierta por la carcasa son las que provocan la luminiscencia que capta la cámara.The design of the casing 1 has a section of rectangular geometry dimensioned to cover at least half a cell, so that the chamber 23 is arranged inside focusing perpendicularly towards the part of the cell that is covered by the casing itself. This part on which the camera focuses is not being excited by sunlight, but currents caused by the photoelectric effect produced by sunlight in the part of the cell that is not covered by the housing are what cause the luminescence captured by the camera.
La luminiscencia se observa cuando los pares electrón hueco se recombinan de forma radiativa en cantidad suficiente. Dicha recombinación radiativa se puede aumentar exponiendo el panel fotovoltaico al sol y a la vez limitando la corriente en un grupo de células conectadas en serie. De esta manera, se limita la separación de los pares fuera de la célula solar, aumentando la recombinación radiativa y por tanto incrementándose la emisión de luminiscencia en la célula entera, lo que posibilita la observación de la luminiscencia en la zona inspeccionada.Luminescence is observed when the electron-hole pairs are radiatively recombined in sufficient quantity. Said radiative recombination can be increased by exposing the photovoltaic panel to the sun and at the same time limiting the current in a group of cells connected in series. In this way, the separation of the pairs outside the solar cell is limited, increasing the radiative recombination and therefore increasing the luminescence emission in the entire cell, which makes it possible to observe the luminescence in the inspected area.
La limitación de la corriente en un grupo de células del panel fotovoltaico se produce como consecuencia del sombreado de una célula, de manera que al recibir ésta menos radiación del sol, produce menos corriente que en el resto de las células no sombreadas. La célula sombreada se comporta entonces como un diodo en inversa que impide el paso de una corriente mayor de la que produce. Para evitar este efecto, los paneles fotovoltaicos cuentan generalmente con diodos de protección o diodos de bypass que protegen al panel fotovoltaico de los efectos que se producen por los puntos calientes y sombreados, que afectan negativamente al rendimiento del panel al obligar a una célula sombreada a disipar potencias tan elevadas que derivan en un deterioro de dicha célula. Esta situación es la que resuelve los diodos de protección, los cuales se instalan en paralelo con un grupo de células conectadas en serie y ofrecen así un camino alternativo a la corriente en caso de fallo. Por ejemplo, según la configuración más habitual de los paneles actuales, en la que éstos se dividen en tres grupos de células en serie, un defecto en una célula afecta a solo un tercio del panel y deja los otros dos tercios funcionando normalmente.The limitation of the current in a group of cells of the photovoltaic panel occurs as a consequence of the shading of a cell, so that as it receives less radiation from the sun, it produces less current than in the rest of the unshaded cells. The shaded cell then behaves like a diode in reverse, preventing the passage of a greater current than it produces. To avoid this effect, photovoltaic panels generally have protection diodes or bypass diodes that protect the photovoltaic panel from the effects of hot spots and shading, which negatively affect the performance of the panel by forcing a shaded cell to dissipate powers so high that they lead to deterioration of said cell. This situation is what solves the protection diodes, which are installed in parallel with a group of cells connected in series and thus offer an alternative path to current in the event of a fault. For example, according to the most common configuration of today's panels, in which they are divided into three groups of cells in series, a defect in one cell affects only one third of the panel and leaves the other two thirds operating normally.
El método y el sistema de la presente invención aprovechan esta configuración de los paneles fotovoltaicos con diodos de protección para limitar la corriente en un grupo de células del panel fotovoltaico 3 sombreando alguna de ellas mediante un elemento cobertor y, simultáneamente, cubrir con la carcasa 1 la mitad de la superficie de una célula bajo análisis del mismo grupo de células, de manera que la mitad cubierta queda enfocada por la cámara 23 para recoger una imagen de la luminiscencia que se produce. Por ejemplo, en el caso de un panel dividido en tres grupos de células, sombreando una célula (a la que en este documento también se hará referencia como célula de control), se limita la corriente en un tercio de las células del panel. Al limitar la corriente, se dificulta la separación de los pares electrón hueco, favoreciendo el incremento de la recombinación radiativa aumentando la emisión de luminiscencia.The method and system of the present invention take advantage of this configuration of the photovoltaic panels with protection diodes to limit the current in a group of cells of the photovoltaic panel 3 shading some of them by means of a covering element. and, simultaneously, covering with the housing 1 half of the surface of a cell under analysis from the same group of cells, so that the covered half is focused by the camera 23 to collect an image of the luminescence that is produced. For example, in the case of a panel divided into three groups of cells, shading one cell (also referred to herein as a control cell), the current is limited to one third of the cells in the panel. By limiting the current, the separation of the hollow electron pairs is made more difficult, favoring the increase in radiative recombination by increasing the luminescence emission.
Para el sombreado de la célula de control, se emplea un elemento cobertor que, en una de las realizaciones preferentes, es un cristal electrocrómico. Los cristales electrocrómicos funcionan básicamente variando la orientación de sus fibras en función de la aplicación de un campo eléctrico, lo que permite modificar su opacidad. En la presente invención, el campo eléctrico que varía la opacidad del cristal electrocrómico 2 es controlado con el relé de estado sólido 26.For shading the control cell, a covering element is used which, in one of the preferred embodiments, is an electrochromic crystal. Electrochromic crystals basically work by varying the orientation of their fibers depending on the application of an electric field, which allows them to modify their opacity. In the present invention, the electric field that varies the opacity of the electrochromic crystal 2 is controlled with the solid state relay 26.
La cobertura de células mediante cristales electrocrómicos proporciona un alto nivel de fiabilidad a la presente invención, ya que permite contrastar las imágenes tomadas por la cámara bajo dos condiciones diferentes de opacidad controladas y obtenidas consecutivamente con un intervalo de tiempo muy corto, lo que minimiza los efectos de la gran variabilidad de la luz solar que se filtra por la carcasa y se mezcla con la emisión de luminiscencia.The coverage of cells by means of electrochromic crystals provides a high level of reliability to the present invention, since it allows to contrast the images taken by the camera under two different conditions of controlled opacity and obtained consecutively with a very short time interval, which minimizes the effects of the great variability of sunlight that filters through the housing and mixes with the emission of luminescence.
El método de la presente invención obtiene cada una de las imágenes en dos estados diferentes, un primer estado con el cristal electrocrómico polarizado, en la que hay una menor opacidad y un segundo estado con el cristal electrocrómico sin polarizar, en el que la opacidad es mayor. En el estado en el que el cristal electrocrómico está más opaco, se limita más la corriente, por lo que se produce más recombinación radiativa en la zona inspeccionada, lo que conlleva una mayor emisión de luminiscencia que en el estado polarizado del cristal electrocrómico.The method of the present invention obtains each of the images in two different states, a first state with the polarized electrochromic crystal, in which there is less opacity and a second state with the unpolarized electrochromic crystal, in which the opacity is higher. In the state in which the electrochromic crystal is more opaque, the current is more limited, whereby more radiative recombination occurs in the inspected area, leading to a higher emission of luminescence than in the polarized state of the electrochromic crystal.
Una vez se han obtenido las dos imágenes de luminiscencia correspondientes a los dos estados de diferente opacidad, se procede a restar dichas imágenes para obtener la luminiscencia emitida por la célula. Once the two luminescence images corresponding to the two states of different opacity have been obtained, said images are subtracted to obtain the luminescence emitted by the cell.
El resultado de restar las imágenes es la eliminación del ruido debido a la propia luz solar, obteniendo la luminiscencia resultante. El microprocesador 25 está configurado para recibir las dos imágenes captadas por la cámara 23, y obtener una nueva imagen que es el resultado de restar pixel a pixel las dos imágenes.The result of subtracting the images is the elimination of noise due to sunlight itself, obtaining the resulting luminescence. The microprocessor 25 is configured to receive the two images captured by the camera 23, and obtain a new image that is the result of subtracting the two images pixel by pixel.
Para obtener unos resultados de mayor calidad y fiabilidad, es conveniente realizar varios ciclos de imágenes para prevenir que la variabilidad de las condiciones atmosféricas influya en el resultado de la inspección de la luminiscencia. En dichos ciclos se sincronizan la captura de la cámara y la opacidad del cristal electrocrómico. La opacidad del cristal está controlada por el relé 25, mientras que el microprocesador 25 controla su sincronización con las capturas de la cámara 23. A continuación se realiza el procesado de las imágenes para obtener la imagen definitiva, la cual está compuesta realmente de valores relativos que se derivan del procesado descrito anteriormente de los niveles de gris de las imágenes tomadas.For higher quality and more reliable results, it is desirable to run multiple cycles of images to prevent variability in atmospheric conditions from influencing the luminescence inspection result. In these cycles the capture of the camera and the opacity of the electrochromic glass are synchronized. The opacity of the glass is controlled by the relay 25, while the microprocessor 25 controls its synchronization with the captures of the camera 23. The images are then processed to obtain the final image, which is actually made up of relative values. which are derived from the processing described above of the gray levels of the images taken.
Una realización alternativa de la presente invención, en lugar de cristales electrocrómicos como elementos cobertores, comprende una pantalla con tecnología de transistor de película delgada TFT, la cual proporciona una mayor opacidad que los cristales electrocrómicos.An alternative embodiment of the present invention, instead of electrochromic crystals as cover elements, comprises a screen with TFT thin film transistor technology, which provides greater opacity than electrochromic crystals.
En la figura 3 se observa el sistema de la presente invención desde una perspectiva en planta, donde el sistema se ha dispuesto sobre un panel fotovoltaico 3 a inspeccionar. En la posición inicial, es suficiente que uno de los cristales electrocrómicos elementos cobertores tape alguna célula, pero la realización mostrada con dos cristales minimiza los desplazamientos necesarios, permitiendo además la inspección de las filas de células situadas en la parte superior e inferior de la mesa soporte de los módulos. El panel fotovoltaico se encuentra en condiciones de funcionamiento normales mientras el sistema realiza la inspección, sin necesidad de desconectar los paneles y de que intervenga personal especializado para realizar acciones adicionales. El sistema de la presente invención se desplaza por el panel siguiendo el recorrido en zigzag indicado por las flechas 31 (aunque podría seguirse cualquier otro recorrido, pero por cuestiones de eficiencia será más conveniente definir el recorrido más corto posible). Figure 3 shows the system of the present invention from a plan perspective, where the system has been arranged on a photovoltaic panel 3 to be inspected. In the initial position, it is sufficient for one of the electrochromic crystals to cover some cells, but the embodiment shown with two crystals minimizes the necessary displacements, also allowing the inspection of the rows of cells located at the top and bottom of the table. module support. The photovoltaic panel is in normal operating conditions while the system performs the inspection, without the need to disconnect the panels and the intervention of specialized personnel to carry out additional actions. The system of the present invention moves through the panel following the zigzag path indicated by arrows 31 (although any other path could be followed, but for efficiency reasons it will be more convenient to define the shortest path possible).
El desplazamiento del sistema de inspección de la presente invención sobre el panel fotovoltaico se realiza con un mínimo contacto físico entre ellos, donde preferiblemente todo el contacto se limita a unas ruedas (no representadas en las figuras) de material blando que evitan rayar el panel. Sobre dichas ruedas se dispone un marco 28 que sostiene los elementos cobertores 2 en un plano perpendicular al de la carcasa y que, a la vez, durante la operación de inspección, se disponen en un plano paralelo al del panel fotovoltaico 3.The movement of the inspection system of the present invention on the photovoltaic panel is carried out with a minimum physical contact between them, where preferably all contact is limited to wheels (not represented in the figures) made of soft material that avoid scratching the panel. On said wheels a frame 28 is arranged which supports the cover elements 2 in a plane perpendicular to that of the casing and which, at the same time, during the inspection operation, are arranged in a plane parallel to that of the photovoltaic panel 3.
En la presente invención, se dispone por tanto de un equipo compacto y autónomo de inspección que incorpora todos los elementos necesarios para realizar la toma de imágenes de luminiscencia de las células de un panel fotovoltaico que recorre completamente para su caracterización completa. Una vez finalizada la inspección del panel fotovoltaico, la información recogida por el equipo de inspección es un conjunto de imágenes de luminiscencia relativas (se obtienen de la resta de las imágenes de luminiscencia bajo dos condiciones diferentes de opacidad del elemento cobertor) que representan medidas de la variación de luminiscencia de cada una de las células, variación generada gracias a que se ha forzado sobre su grupo de células una zona sombreada mediante un elemento cobertor.In the present invention, therefore, a compact and autonomous inspection equipment is available that incorporates all the necessary elements to carry out the luminescence imaging of the cells of a photovoltaic panel that runs completely for its complete characterization. Once the inspection of the photovoltaic panel is completed, the information collected by the inspection team is a set of relative luminescence images (obtained from the subtraction of the luminescence images under two different opacity conditions of the covering element) that represent measurements of the luminescence variation of each of the cells, variation generated thanks to the fact that a shaded area has been forced onto its group of cells by means of a covering element.
A partir de la información de variación de luminiscencia para cada una de las células, el panel fotovoltaico queda caracterizado completamente y resulta sencillo conocer su estado e identificar cualquier malfuncionamiento en él. Por un lado, la intensidad relativa de la señal está asociada directamente con el estado del panel, en la medida en que cuanto más "luminosa” resulta la imagen, más luminiscencia está emitiendo la célula y mejor es el estado del panel. Además, se pueden observar zonas en las que hay variaciones de la señal emitida que se corresponden con diferentes tipos de defectos como roturas, zonas aisladas eléctricamente y otros, que pueden aparecer en los paneles solares.From the luminescence variation information for each of the cells, the photovoltaic panel is fully characterized and it is easy to know its status and identify any malfunction in it. On the one hand, the relative intensity of the signal is directly associated with the state of the panel, insofar as the more "luminous" the image is, the more luminescence the cell is emitting and the better the state of the panel. They can observe areas in which there are variations in the emitted signal that correspond to different types of defects such as breaks, electrically isolated areas and others, which can appear in the solar panels.
La presente invención no debe verse limitada a la forma de realización aquí descrita. Otras configuraciones pueden ser realizadas por los expertos en la materia a la vista de la presente descripción. En consecuencia, el ámbito de la invención queda definido por las siguientes reivindicaciones. The present invention should not be limited to the embodiment described herein. Other configurations can be made by those skilled in the art in light of the present description. Accordingly, the scope of the invention is defined by the following claims.
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