El propósito de un inversor es transformar un voltaje de forma de onda de CC en una señal de CA para inyectar energía a una carga (por ejemplo, la red eléctrica) a una frecuencia determinada y con un ángulo de fase pequeño (φ ≈0).En la figura se muestra un circuito simplificado para una modulación de ancho de pulso (PWM) unipolar monofásico.2 (el mismo esquema general se puede extender a un sistema trifásico).En este esquema, un sistema fotovoltaico, que actúa como una fuente de voltaje de CC con cierta inductancia de fuente, se transforma en una señal de CA a través de cuatro interruptores IGBT en paralelo con diodos libres.Estos interruptores se controlan en la puerta a través de una señal PWM, que generalmente es la salida de un IC que compara una onda portadora (generalmente una onda sinusoidal de la frecuencia de salida deseada) y una onda de referencia a una frecuencia significativamente más alta (generalmente una onda triangular). a 5-20 kHz).La salida de los IGBT se transforma en una señal de CA adecuada para su uso o inyección en la red mediante la aplicación de varias topologías de filtros LC.
Los inversores pertenecen a un gran grupo de convertidores estáticos, entre los que se incluyen muchos de los actuales.'dispositivos capaces de“convertir"parámetros eléctricos en la entrada, como voltaje y frecuencia, para producir una salida que sea compatible con los requisitos de la carga.
En términos generales, los inversores son dispositivos capaces de convertir corriente continua en corriente alterna y son bastante comunes en aplicaciones de automatización industrial y accionamientos eléctricos.La arquitectura y el diseño de los diferentes tipos de inversores cambian según cada aplicación específica, incluso si el núcleo de su propósito principal es el mismo (conversión de CC a CA).
1.Inversores autónomos y conectados a la red
Los inversores utilizados en aplicaciones fotovoltaicas se dividen históricamente en dos categorías principales:
:Inversores independientes
:Inversores conectados a la red
Los inversores independientes son para aplicaciones en las que la planta fotovoltaica no está conectada a la red principal de distribución de energía.El inversor es capaz de suministrar energía eléctrica a las cargas conectadas, asegurando la estabilidad de los principales parámetros eléctricos (tensión y frecuencia).Esto los mantiene dentro de límites predefinidos, capaces de soportar situaciones de sobrecarga temporal.En esta situación, el inversor se combina con un sistema de almacenamiento de batería para garantizar un suministro de energía constante.
Los inversores conectados a la red, por otro lado, son capaces de sincronizarse con la red eléctrica a la que están conectados porque, en este caso, el voltaje y la frecuencia son“impuesto"por la red principal.Estos inversores deben poder desconectarse si falla la red principal para evitar cualquier posible inversión de suministro de la red principal, que podría representar un peligro grave.
- Figura 1 - Ejemplo de sistema autónomo y sistema conectado a la red.Imagen cortesía de Biblus.
2. ¿Cuál es la función del condensador del bus?
Figura 2: Modulación de ancho de impulsos (PWM) monofásicaconfiguración del inversor.Los interruptores IGBT, junto con el filtro de salida LC, transforman la señal de entrada de CC en una señal de CA utilizable.Esto induce unaondulaciones de voltaje nocivas a través de los terminales fotovoltaicos.El autobúsEl condensador está dimensionado para reducir esta ondulación.
El funcionamiento de los IGBT introduce una tensión ondulada en el terminal del conjunto fotovoltaico.Esta ondulación es perjudicial para el funcionamiento del sistema fotovoltaico, ya que la tensión nominal aplicada a los terminales debe mantenerse en el punto de máxima potencia (MPP) de la curva IV para poder extraer la mayor potencia.Una ondulación de voltaje en los terminales fotovoltaicos hará oscilar la energía extraída del sistema, lo que resultará en
una producción de potencia promedio más baja (Figura 3).Se agrega un capacitor al bus para suavizar la ondulación del voltaje.
Figura 3: Una ondulación de voltaje introducida en los terminales fotovoltaicos por el esquema del inversor PWM desplaza el voltaje aplicado fuera del punto de máxima potencia (MPP) del conjunto fotovoltaico.Esto introduce una ondulación en la potencia de salida del conjunto, de modo que la potencia de salida promedio es menor que el MPP nominal.
La amplitud (pico a pico) de la ondulación del voltaje está determinada por la frecuencia de conmutación, el voltaje fotovoltaico, la capacitancia del bus y la inductancia del filtro de acuerdo con:
dónde:
VPV es el voltaje CC del panel solar,
Cbus es la capacitancia del condensador del bus,
L es la inductancia de los inductores del filtro,
fPWM es la frecuencia de conmutación.
La ecuación (1) se aplica a un capacitor ideal que evita que la carga fluya a través del capacitor durante la carga y luego descarga la energía ubicada en el campo eléctrico sin resistencia.En realidad, ningún condensador es ideal (Figura 4), sino que está compuesto por múltiples elementos.Además de la capacitancia ideal, el dieléctrico no es perfectamente resistivo y una pequeña corriente de fuga fluye desde el ánodo al cátodo a lo largo de una resistencia en derivación finita (Rsh), sin pasar por la capacitancia dieléctrica (C).Cuando fluye corriente a través del capacitor, las clavijas, las láminas y el dieléctrico no son perfectamente conductores y hay una resistencia en serie equivalente (ESR) en serie con la capacitancia.Finalmente, el capacitor almacena algo de energía en el campo magnético, por lo que hay una inductancia en serie equivalente (ESL) en serie con la capacitancia y el ESR.
Figura 4: Circuito equivalente de un condensador genérico.un condensador escompuesto por muchos elementos no ideales, incluida la capacitancia dieléctrica (C), una resistencia en derivación no infinita a través del dieléctrico que pasa por alto el capacitor, la resistencia en serie (ESR) y la inductancia en serie (ESL).
Incluso en un componente aparentemente tan simple como un capacitor, existen múltiples elementos que pueden fallar o degradarse.Cada uno de estos elementos puede afectar el comportamiento del inversor, tanto del lado AC como del DC.Para determinar el efecto que tiene la degradación de los componentes del condensador no ideal en la ondulación de voltaje introducida a través de los terminales fotovoltaicos, se simuló un inversor de puente H unipolar PWM (Figura 2) utilizando SPICE.Los condensadores e inductores del filtro se mantienen a 250 µF y 20 mH, respectivamente.Los modelos SPICE para los IGBT se derivan del trabajo de Petrie et al. La señal PWM, que controla los interruptores IGBT, está determinada por un comparador y un circuito comparador inversor para los interruptores IGBT del lado alto y bajo, respectivamente.La entrada para los controles PWM es una onda portadora sinusoidal de 9,5 V y 60 Hz y una onda triangular de 10 V y 10 kHz.
- solución CRE
CRE es una empresa de alta tecnología especializada en la producción de condensadores de película, centrándose en la aplicación de electrónica de potencia.
CRE ofrece la solución madura de series de condensadores de película para inversores fotovoltaicos que incluyen enlace de CC, filtro de CA y amortiguador.
Hora de publicación: 01-dic-2023