MICRO-INVERSOR FOTOVOLTAICO SUBMODULAR CON CONEXIÓN EN CASCADA A RED

FLORES GUERRERO, WILLIAMS FRANCY (2018)

Catalogado desde la version PDF de la tesis.

En la actualidad el uso de las Energías Renovables No Convencionales(ERNCs) es una realidad a nivel mundial, y en particular en Chile. La matrizenergética del país ha variado su distribución alcanzando alrededor de un20% de la misma en ERNC, y en donde la energía solar fotovoltaica ha ganadoamplio terreno en los últimos a~nos gracias a las características climáticaspropias de nuestra región.En el país la energía solar fotovoltaica se presenta en mayor medida engrandes granjas de generación y pequeñas centrales de generación distribuida,sin embargo el interés por las instalaciones y generación a nivel domiciliario escada vez mayor y por lo tanto toma mayor relevancia el mejorar las topologíasmicro-inversoras.La solución típica para estas necesidades corresponde al micro-inversor clásico,el cual es capas de conectar un único panel, o un numero pequeño depaneles, a la red eléctrica controlando la magnitud y fase de la energía que segenera realizando un único algoritmo de MPPT para todo el conjunto de celdasfotovoltaicas.En la presente tesis se propone un sistema micro-inversor submodular, conel motivo de mejorar el desempeño del convertidor ante condiciones de sombreadoparcial en los paneles fotovoltaicos. Dentro de las mejoras esperadas setiene la calidad de la energía inyectada y la obtención de potencia desde lasunidades generadoras. Para lograr lo anterior una técnica que está en estudio esrealizar convertidores submodulares donde se elimina la caja de conexiones delos paneles y se conecta un convertidor DC-DC individual por cada segmentodel panel (3 segmentos por panel). En particular en este trabajo se propone utilizarconvertidores flyback para realizar la etapa de MPPT (seguidor del puntomáximo de potencia por sus siglas en inglés Maximum Power Point Tracker)en cada segmento y la elevación de tensión necesaria para la conexión a redmediante un conversor DC-AC . En la etapa DC-AC también se propone una variación, ya que no se utilizara el clásico puente H para esta etapa, si no queaprovechando la independencia de los 3 segmentos del panel se propone utilizarun puente H en cascada.Para poder establecer los controladores de cada etapa se modelan los convertidoresy la red a la cual sera conectada el sistema completo, teniendo sistemasindependientes de control para las MPPT's y para el control de la corrienteinyectada a la red.Para validar la topología propuesta se realizan simulaciones ante distintascondiciones de radiación en un panel, teniendo pruebas dinámicas y estacionariasde sombreado parcial. Luego se procede a validar experimentalmenteel sistema mediante el diseño e implementación del convertidor para obtenerresultados experimentales de la tesis.

At present, the use of Non-Conventional Renewable Energies (NCREs) isa reality worldwide, and in particular in Chile. The country's energy matrixhas varied its distribution reaching arround 20% of it in NCRE, and wherephotovoltaic solar energy has gained broad ground in recent years thanks to theclimatic characteristics of our region.In the country, photovoltaic solar energy is present in large-scale generationfarms and small distributed generation plants, however, the interest for installationsand generation at the household level is increasing and therefore it ismore important to improve the micro-investor topologies.The typical solution for these needs corresponds to the classic micro-inverter,which is able to connect a single panel, or a small number of panels, to theelectrical grid controlling the magnitude and phase of the energy generated byperforming a single MPPT algorithm for the whole set of photovoltaic cells.In the present thesis a submodular micro-inverter system is proposed, withthe purpose of improving the performance of the converter in conditions ofpartial shading in the photovoltaic panels. Among the improvements expectedare the quality of the injected energy and the obtaining of power from thegenerating units. To achieve the above, a technique under study is to performsubmodular converters where the junction box of the panels is removed andan individual DC-DC converter is connected for each segment of the panel (3segments per panel). In particular, in this work, it is proposed to use flybackconverters to perform the MPPT (Maximun Power Point Tracker) stage in eachsegment and the necessary voltage rise for the connection to the grid through aconverter DC-AC . In the stage DC-AC a variation is also proposed, since theclassic bridge H for this stage will not be used, if not taking advantage of theindependence of the 3 segments of the panel it is proposed to use a cascaded Hbridge converter.In order to establish the controllers of each stage, the converters and the grid to which the complete system will be connected are modeled, having independentcontrol systems for the MPPT's and for the control of the currentinjected into the grid.In order to validate the proposed topology, simulations are performed underdifferent radiation conditions in a panel, having dynamic and stationary partialshading tests. Then we proceed to experimentally validate the system bydesigning and implementing the converter to obtain experimental results of thethesis.