Regresar

Diseño e implementación de un sistema de conversión y de un prototipo de carga mediante energía solar fotovoltaica de baja potencia

Abstract:

Actualmente las energías alternativas se perfilan con una solución al continuo encarecimiento de las energías fósiles y al calentamiento global, es por esto que hoy en día la generación de la energía eléctrica a partir de energías como la solar, eólica, geotérmica entre otros presentan gran importancia de estudio en la comunidad científica internacional. Adicionalmente la generación de energía eléctrica en zonas de difícil acceso utilizando energías alternativas es una opción que toma fuerza en las últimas décadas debido al costo que presenta la construcción de sistemas de distribución de energía eléctrica. En la presente tesis se propone el diseño e implementación de un sistema de conversión y de un prototipo de carga mediante energía solar fotovoltaica de baja potencia. Para este fin se realiza un estudio del estado del arte en relación a los distintos tipos de convertidores de potencia existentes en el mercado, El sistema diseñado contempla las etapas de carga de batería, convertidor elevador y convertidor CD-CA para el cual en el primero de ellos es utilizado un convertidor de tipo reductor Buck Síncrono para realizar actividades de gestión de carga a baterías de ciclo profundo. Dentro de las actividades a ejecutar por este convertidor reductor son principalmente las de búsqueda del punto de máxima potencia en los paneles fotovoltaicos con el fin de extraer la máxima energía disponible por la radiación solar y la de carga a voltaje constante donde limita la inyección de corriente hasta alcanzar el voltaje de flotación determinado por el fabricante. El cargador implementado alcanza un rendimiento energético del 87% a su potencia nominal y el sistema de control implementado en el cargador permite de manera sencilla modificar los parámetros de interés dependiendo del tipo de batería utilizada en la aplicación. Para la segunda etapa, el sistema diseñado eleva la tensión nominal de batería para luego convertirla en energía alterna, se ha utilizado un convertidor aislado Push-Pull con un transformador de derivación central en el devanado primario y un único devanado secundario seguido de un puente rectificador no controlado, éste conmutado mediante transistores de efecto de campo mosfet manejado mediante un circuito de control dedicado con realimentación de voltaje y corriente que garantiza la protección ante sobre cargas. Este convertidor alcanzó un rendimiento experimental superior al 72 [%], rendimiento típico de topología Push-Pull (75 [%]), principalmente por las pérdidas en cobre y núcleo del transformador. Finalmente en la línea de gestión de energía se diseñó un Inversor Puente Completo con la topología H utilizando la modulación cuadrada con distorsión de cruce por cero obteniendo una distorsión aproximada del 30 [%] en el voltaje de carga.