Alvaro Llorente

Comprobación, caracterización y evaluación de inversores fotovoltaicos

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Artículo escrito por Giacomo Mazzullo, Area Manager de TDK-Lambda Italia.

Los paneles fotovoltaicos generan corriente / tensión con un comportamiento muy variable como consecuencia de los cambios en la energía proveniente del sol. La Figura 1 muestra cómo suele actuar la energía generada por un panel para varios niveles de luz solar. Para cada nivel de radiación, existe un punto en el que el panel ofrece el Punto de Máxima Potencia (MPP).

Figura 1: Curva de Potencia-Tensión de una celda fotovoltaica para diferentes niveles de luz.

Figura 1: Curva de Potencia-Tensión de una celda fotovoltaica para diferentes niveles de luz.

Tecnología MPPT

Para beneficiarse de toda la energía generada desde el panel o campo fotovoltaico, se necesita que el interface de control rastree continuamente el MPP. El circuito electrónico que realiza esta función es conocido como el Rastreador del Punto de Máxima Potencia (MPPT).

La combinación de tecnología MPTT con novedosos inversores fotovoltaicos permite a los fabricantes de paneles proporcionar una mejora considerable en el rendimiento de las instalaciones de generación de energía fotovoltaica. Revisando otra vez la Figura 1, podemos observar la curva de una celda solar genérica y, después, adaptar el inversor MPTT para trabajar con todo el sistema y permanecer los más cerca posible del MPP.

Hay dos tipos de tecnología MPTT: analógica y digital. Ambas se pueden expresar como una función de transferencia (FDT) a través de un algoritmo integrado en el microprocesador o una función matemática que describe la operación de un sistema complejo de diversos componentes.

Simulación de un campo fotovoltaico

Para probar esta tecnología y su capacidad para lidiar con situaciones inesperadas, como cambios rápidos en la intensidad solar causados por un aumento de nubosidad, se tienen que llevar a cabo pruebas para simular estas variaciones en la entrada de tensión y corriente en el inversor MPPT.

Esto se debe a que los parámetros eléctricos de panel solar son tensión y corriente, y ambos dependen de la intensidad de luz que llega a la celda fotovoltaica. Por consiguiente, cuanto peor es el nivel de iluminación, menor es la tensión y la corriente de salida.

Figura 2: Rastreo MPP en respuesta a un cambio gradual en la intensidad de la radiación solar (trazo negro discontinuo) y en caso de una variación brusca, donde el inversor pierde el control (trazo azul discontinuo).

Figura 2: Rastreo MPP en respuesta a un cambio gradual en la intensidad de la radiación solar (trazo negro discontinuo) y en caso de una variación brusca, donde el inversor pierde el control (trazo azul discontinuo).

La simulación del comportamiento de un campo fotovoltaico es muy importante; ya que permite a los OEM optimizar el inversor MPPT FDT y aumentar el rendimiento y la eficiencia interna. En la Figura 2, la línea negra ilustra cómo la tecnología MPPT rastrea el MPP, durante un cambio suave de intensidad de luz, mientras que la línea roja muestra la pérdida de control cuando se produce una variación rápida en la intensidad. En estas últimas circunstancias, se recomienda no emplear tecnología MPPT.

Una elección eficiente

Con el objetivo de simular estos eventos, las fuentes de alimentación programables (de laboratorio), como la gama Genesys™ de TDK-Lambda, son muy efectivas. Con ratios de potencia de 750 W a 60 kW y salidas de hasta 600 V, la serie Genesys™ se caracteriza por interfaces digitales (RS232-485 y LAN).

Por lo tanto, estas fuentes de alimentación permiten a los ingenieros de simulación establecer seis pares de parámetros VI de los sistemas solares para simular determinadas condiciones operativas del campo fotovoltaico.

Figura 3: Uno de los muchos modelos de fuentes de alimentación programables de la serie Genesys™ de TDK-Lambda.

Figura 3: Uno de los muchos modelos de fuentes de alimentación programables de la serie Genesys™ de TDK-Lambda.

El uso de una secuencia de varios pares VI también ayuda a los ingenieros a reconstruir una curva y los parámetros de simulación para observar cómo funciona el inversor. Los interfaces digitales de las fuentes de alimentación Genesys™ también permiten leer la tensión y la corriente de salida “absorbidas” para que el equipo de I+D genere un informe de test automático.

Para simular las condiciones extremas, como cambios rápidos, caídas y elevaciones de voltaje, las opciones FAST y PSINK se encuentran disponibles en la serie Genesys™ para mejorar el tiempo de respuesta a unos poco milisegundos (ms) y la carga activa.

Cómo medir la eficiencia de un inversor fotovoltaico

La eficiencia de un inversor es el ratio entre el consumo de energía AC y DC:

n = PAC / PDC

Pero en el caso de inversores para aplicaciones fotovoltaicas, que deben trabajar con entradas de potencia extremadamente variables y condiciones ambientales que varían de un país a otro, la siguiente definición se acerca más a las circunstancias actuales. En el caso particular de Europa, la eficiencia de un inversor queda definida así:

n EURO = 0.03 • n 5% + 0.06 • n 10% + 0.13 • n 20% + 0.1 • n 30% + 0.48 • n 50% + 0.2 • n 100%

Donde nxx% es la eficiencia del inversor cuando la potencia de entrada es el xx% de la máxima capacidad de gestión de potencia.

El resultado es una eficiencia que refleja las diferentes condiciones de radiación y, por consiguiente, la potencia de entrada, de acuerdo a la distribución media de los niveles de luz solar registrados en toda Europa.

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