Topologías y estrategias de control de convertidores DC/DC de potencia parcial para sistemas fotovoltaicos.

Abstract

La energía fotovoltaica ha experimentado un crecimiento considerable en los últimos años. Para mantener a los paneles fotovoltaicos generando su máxima potencia a lo largo de los días, se utiliza un convertidor DC/DC, el cual impone el voltaje óptimo en los paneles mientras mantiene un voltaje constante y también óptimo en el o los inversores de la planta. Sin embargo, este convertidor produce pérdidas en el sistema. Es por esto que se han propuesto distintas topologías de convertidores DC/DC, para disminuir las pérdidas y entonces mejorar la eficiencia de la planta. Se lleva a cabo el estudio y el diseño de un sistema fotovoltaico utilizando distintas topologías de conversión DC/DC. En primera instancia, se estudia la conexión convencional de un convertidor DC/DC, de potencia completa. Luego, se estudian dos tipos de conexión de potencia parcial de los convertidores y sus topologías entrelazadas, además de los sistemas de control a implementar. El estudio de cada topología consta de su diseño, la formulación del modelo matemático, la búsqueda de las entradas del sistema para operar en un punto particular, el análisis de las formas de onda y el análisis de pérdidas y eficiencia. Además, se presentan características de cada topología, como el porcentaje de potencia que fluye por el convertidor y su ciclo de trabajo. Luego, se presenta una comparación de las distintas corrientes y voltajes que existen en cada topología, un análisis de las pérdidas producidas en cada componente de los convertidores DC/DC y la eficiencia de la etapa de conversión DC/DC en cada topología, en función de los valores de corriente y voltaje del panel. Se estudian los sistemas de control necesarios en este tipo de plantas fotovoltaicas, investigando la necesidad de balancear las potencias que fluyen entre los convertidores entrelazados. Se estudian dos métodos de control de balance de potencias y se realizan comparaciones entre éstos. Como resultado, se tiene que la configuración de potencia parcial tipo I, que consiste en el uso del voltaje del panel como voltaje de entrada del convertidor, presenta mejor eficiencia que el tipo II, que consiste en el uso del voltaje del enlace DC del inversor como voltaje de entrada del convertidor. Además, la topología entrelazada con entradas en paralelo y salidas en serie (IPOS) siempre presenta peor eficiencia que un convertidor de potencia parcial (PPC) individual, sin embargo, la topología entrelazada con entradas en paralelo y salidas en paralelo (IPOP) puede ser mejor que un PPC individual, dependiendo del punto de máxima potencia del módulo fotovoltaico. Por otro lado, se encontró que sólo en la topología IPOP es relevante implementar un control de balance de potencias. Dos de estos métodos se compararon y se determinó que es óptimo el método 1 debido a su mayor simplicidad, puesto que ambos cumplen apropiadamente su objetivo.