Sistema de control para producción de hidrógeno verde sin conexión a red.
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Date
2024
Authors
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Publisher
Universidad de Concepción
Abstract
En este trabajo se establece el sistema de control para un sistema de producción de hidrógeno a partir de generación fotovoltaica sin la posibilidad de conexión a la red. La finalidad de este control es asegurar la confiabilidad y el correcto funcionamiento del sistema. Considerando que los electrolizadores de membrana de intercambio de protones logran una mejor operación cuando el suministro de corriente tiende a ser más constante, el sistema de control se encarga de mantener dentro de lo posible un suministro de corriente lo más constante posible, gestionando el esquema de producción de hidrógeno a partir de la disponibilidad del recurso solar. Para poder producir hidrógeno incluso en las noches se necesita de un banco de baterías, de manera tal de poder desacoplar la generación solar del proceso de electrólisis. Esto a su vez conlleva a que la conexión entre el arreglo fotovoltaico, las baterías y el electrolizador se realice mediante dos etapas de conversión, siendo la primera etapa la encargada del control de seguimiento del punto de máxima potencia del arreglo fotovoltaico y la segunda la encargada de controlar el suministro de corriente al electrolizador, regulando en consecuencia la producción de hidrógeno. Cada una de estas etapas está basada en módulos de convertidores Dual Active Bridge conectados en forma entrelazada y en potencia parcial, esto último con el objetivo de asegurar una alta eficiencia y calidad de onda bajo las condiciones de bajo voltaje y alta corriente en las cuales opera el electrolizador. Ahora bien, debido a que los parámetros de las componentes de los convertidores no son idénticos, también se necesita de una estrategia de control que reparta el flujo de potencia entre los convertidores de manera que las componentes posean estreses térmicos equitativos dentro de cada etapa de conversión. Adicionalmente, se debe establecer un mecanismo de encendido y apagado de los convertidores en caso de reparación, de manera tal de que el sistema pueda seguir operando con las unidades restantes. En síntesis, se establecen los esquemas de control para un sistema de producción de hidrógeno off-grid, el cual a partir de los resultados obtenidos permite conseguir una eficiencia de conversión global superior al 90%. Además, se prueba que este sistema de control permite equilibrar los flujos de potencia entre módulos en paralelo, realizar encendidos y apagados controlados de estos, y hacer una gestión energética de todo el sistema.
Description
Tesis presentada para optar al grado académico de Magíster en Ciencias de la Ingeniería con mención en Ingeniería Eléctrica
Keywords
Recursos energéticos renovables, Hidrógeno como combustible, Tecnología verde Innovaciones tecnológicas