Interfaces de electrónica de potencia avanzada para sistemas de energía distribuida (2ª PARTE)

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Fotovoltaica

La tecnología fotovoltaica implica convertir energía solar directamente en energía eléctrica por medio de células solares. El principal requerimiento de las interfaces de electrónica de potencia de los sistemas PV es convertir el voltaje DC generado en un AC conveniente para uso por el consumidor y conexión a las redes públicas. Generalmente, la magnitud del voltaje DC de la disposición PV se requiere para impulsar un alto valor usando convertidores DC-DC antes de convertirlos a una AC compatible con las redes públicas.

Los inversores DC-AC son luego utilizados para convertir el voltaje a 50 – 60 Hz. El proceso de controlar la salida del voltaje y corriente de la disposición debe ser optimizada basándose en las condiciones climáticas. Algoritmos de control especializados han sido desarrollados buscando el punto de máxima potencia (mppt) para extraer constantemente la máxima cantidad de energía de la disposición bajo condiciones variables. El proceso de control mppt y boosting de voltaje se implementa usualmente en convertidores DC-DC, mientras que el inversor DC-AC se usa para control de la corriente de red.

Los sistemas PV pueden estructurarse en varias configuraciones operacionales. Cada configuración tiene las interfaces de electrónica de potencia básicas que interconectan el sistema a las redes públicas. La principal ventaja de este diseño es el hecho de que si el convertidor es la parte más costosa del sistema instalado, este sistema tiene el diseño de coste más bajo debido a la presencia de sólo un inversor. La desventaja principal de esta configuración es que las pérdidas de potencia pueden ser altas debido al fenómeno mismatch o desacoplamiento entre los módulos PV y la presencia de diodos de string. Otra desventaja es que esta configuración tiene un punto de fallo único en el inversor, por lo tanto, tiene menos fiabilidad.

El voltaje de entrada de los strings PV puedes ser lo bastante alto como para eludir amplificaciones de voltaje. Como el coste de los módulos PV es todavía bastante caro, pueden añadirse amplificaciones de voltaje junto con un inversor string en orden de permitir que unos pocos módulos sean conectados al inversor. Los inversores multi-string, un desarrollo del inversor string, tiene varios strings con interfaces con sus propios convertidores DC-DC para impulsión de voltaje y luego son conectados a un bus DC común. Un inversor DC-AC es luego usado para interface con la distribuidora.

Otra configuración posible es aquella donde cada módulo PV tiene su propio inversor. Este diseño también es conocido como módulo AC. Las ventajas de este tipo de sistema son que es fácil añadir módulos porque cada módulo tiene su propio inversor DC-AC y la conexión a la red es fácil conectando los cableados de campo AC del inversor juntos. Hay también una mejora total en la fiabilidad del sistema.

También se pueden conectar un buen número de paneles en serie en un único string o cadena. Típicamente, 15 paneles son conectados en serie e interconectados a la distribuidora con un inversor por string. La ventaja principal de esta topología es que no hay pérdidas asociadas con los diodos del string y un rastreador del punto de máxima potencia puede ser aplicado en cada string. Esto es especialmente útil cuando se montan múltiples strings en superficies fijas de diferentes orientaciones. La desventaja de esta configuración es el coste incrementado debido a inversores adicionales.

El voltaje de entrada desde los string PV pueden ser lo bastante altos como para evitar la necesidad de una amplificación de voltaje. Ya que el coste de los módulos fotovoltaicos es todavía bastante caro, puede añadirse ampliación de voltaje con el inversor del string en orden de permitir que menos módulos sean conectados al inversor. Los inversores multi-string, un desarrollo del inversor string, tienen varios strings que son comunicados con su propio convertidor DC-DC para impulsar el voltaje y luego conectarse a un bus DC común. Un inversor DC-AC común luego se usa para conectar con las redes públicas.

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