20 mayo 2012

Interfaces de electrónica de potencia avanzada para sistemas de generación distribuida (ver 6ª PARTE)



Ver 5ª PARTE

Topologías de electrónica de potencia

Las topologías de electrónica de potencia del sistema fotovoltaico pueden categorizarse sobre la base del número de etapas de proceso de energía, la localización de los condensadores de desacoplamiento de energía, utilización de transformadores, y los tipos de comunicaciones de red. Veamos cuales son las clasificaciones básicas basándonos en las fases de salida del inversor.

Fase simple – Etapa simple

La topología  fundamental de un inversor fotovoltaico es un sistema autoconmutado monofásico. La salida DC de la disposición fotovoltaica se conecta a través de un condensador de filtro. El condensador se usa para limitar las corrientes de armónicos en la disposición. La salida del condensador se conecta al convertidor de puente y la salida del convertidor se conecta a un inductor, limitando los armónicos de alta frecuencia inyectados en el sistema AC. Un voltaje de salida AC sintetizado es producido por un control apropiado de los conmutadores y consiste en una serie controlada de pulsos positivos y negativos que corresponden a medio ciclo positivo y negativo de un sinusoide. Para permitir la operación en o cerca del factor de potencia unidad, los conmutadores se controlan en respuesta al voltaje de salida de la disposición fotovoltaica medida para producir el voltaje de salida AC requerido. Se utiliza un bucle de fase bloqueado para sincronizar el voltaje de salida del inversor al voltaje de la red. La disposición PV luego se conecta a la red a través de un transformador de aislamiento eléctrico. Hay varias desventajas de esta topología, una es que todos los módulos están conectados al mismo dispositivo MPPT. Esto causa varias pérdidas de potencia durante el sombreado parcial.

Fase simple – Etapa múltiple

Para evitar transformadores de baja frecuencia demasiado grandes, que son mirados como un componente pobre principalmente debido a su tamaño relativamente grande y baja eficiencia, se usan sistemas de conversión (dos etapas) de etapas múltiples en generación fotovoltaica. Las topologías de dos etapas más comunes consisten en una red DC-AC conectada a un pulso de fuente de voltaje conectado a la red con inversor de modulación ancha de pulso (PWM) con algún tipo de convertidor conectado a los paneles fotovoltaicos DC-DC. En general, el convertidor DC-DC realiza un rastreo del punto de máxima potencia y, quizás, amplificación de voltaje. El inversor de puente DC-AC controla la corriente de red por medio de PWM u operación bang-bang.  El voltaje DC de entrada es invertido para producir AC de alta frecuencia a través del primario del transformador de alta frecuencia. El voltaje del secundario del transformador es rectificado y la salida DC resultante se conecta con el voltaje de línea a través de un inversor de tiristores de voltaje conmutado de línea y de frecuencia de línea. Ya que la corriente de línea se requiere sea sinusoidal y en fase con el voltaje de línea, la forma de onda del voltaje de línea se mide para establecer la forma de onda de referencia para la corriente de línea sinusoidal cuya amplitud es determinada por un controlador rastreador de potencia pico. El inversor puede ser controlado usando controladores de corriente regulada. Varias topologías existen para inversores conectados a la red de una etapa y etapa dual.

Tres fases

Para sistemas por encima de 10 kW, los inversores trifásicos son a menudo usados. Todas las configuraciones descritas para conexiones monofásicas pueden ser usadas para las tres fases. De nuevo, el aislamiento de la red puede hacerse usando un transformador de frecuencia de línea o un transformador de alta frecuencia. En el último caso, se requiere un convertidor adicional para convertir DC de PV en AC de alta frecuencia.

Bibliografía:

  • Advanced Power Electronic Interfaces for Distributed Energy Systems. Part 1: Systems and Topologies. NREL National Renewable Energy Laboratory. Technical Report NREL/TP-581-4672. March 2008

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