Análisis Comparativo de las Pérdidas Térmicas en un Sistema Fotovoltaico Fuente de Corriente y de Voltaje Acoplado a la Red Eléctrica mediante Simulación en PLECS.

Abstract

Las plantas fotovoltaicas se encuentran en un continuo auge alrededor del mundo producto de la gran disponibilidad del recurso solar, permitiendo así reducir las emisiones de carbono y con ello, transitar a una matriz energética sustentable. Estas plantas se componen de diversos arreglos de módulos fotovoltaicos conectados en serie y paralelo, permitiendo así maximizar la energía solar que se transforma en energía eléctrica. Sin embargo, las centrales solares producen corriente continua, la cual debe ser adecuada por un convertidor DC/AC para realizar la interfaz con la red eléctrica, que se encuentra en alterna. El convertidor de electrónica de potencia influye globamente en la eficiencia del sistema, ya que se encuentra a cargo del acondicionamiento de potencia de una gran cantidad de módulos fotovoltaicos, es por ello que es de vital importancia el estudio de las pérdidas asociadas a este equipo. En este trabajo se realiza un análisis comparativo de la eficiencia y las pérdidas térmicas según la técnica de modulación empleada entre un sistema fotovoltaico acoplado a la red eléctrica mediante un inversor fuente de tensión y un inversor fuente de corriente en PLECS. La comparación se efectúa utilizando dos switches diferentes: 5SNA1600N170100 de la empresa ABB y DIM1600FSM17-A000 de DYNEX, mientras que el arreglo fotovoltaico se compone de múltiples módulos TOPHiKu6-620 pertenecientes a CanadianSolar configurados de tal manera de generar una potencia instalada aproximada de 500 [kW]. En el primer escenario, se simulan las técnicas de modulación SPWM, THIPWM, SHEPWM y SVPWM para que los convertidores fuente de corriente y tensión operen utilizando la potencia máxima instalada del arreglo fotovoltaico del VSI e inyectando la potencia a la red eléctrica con un factor de potencia unitario, mientras que en el segundo escenario se considera un 95% de la potencia instalada del VSI. En ambos casos, se miden la pérdidas de conmutación, las pérdidas de conducción, la temperatura y la eficiencia del convertidor. Los resultados indican que en el escenario uno, la eficiencia varía entre ambas topologías para las diferentes técnicas de modulación entre 1.41%−1.46% para el dispositivo conmutador de ABB, mientras que para el switch de DYNEX se acrecenta la diferencia con 2.38%−3.14. En el caso del escenario dos, incrementa ligeramente el cambio, llegando a 1.63%−1.66% y 2.78%−3.61% para cada dispositivo semiconductor respectivamente. En relación con las técnicas de modulación, ambas topologías presentan el mismo orden de eficiencia, siendo de mayor a menor: SHEPWM, SVPWM y SPWM.