COMPONENTES Y CONCEPTOS parte 2. Ing. Diego Oroño Ing. Gonzalo Hermida Ing. Marcelo Aguiar

Transcripción

1 COMPONENTES Y CONCEPTOS parte 2 Ing. Diego Oroño Ing. Gonzalo Hermida Ing. Marcelo Aguiar

2 Clase anterior Sistemas PV Paneles Curva I-V Parámetros fundamentales Hoja de datos Modelo eléctrico Conexionado MPPT Necesidad de MPPT Métodos directos e indirectos

3 Clase de hoy Inversores Baterías Regulador de carga Estructura soporte Cable Protecciones

4 Inversores

5 Corriente alterna vs. Corriente continua En el inversor es donde se realiza la conversión de corriente continua a corriente alterna

6 Por qué necesitamos corriente alterna? La guerra de las corrientes fines de S. XIX. Edison vs. Tesla y Westinhouse

7 El inversor

8 Clasificación de inversores Existen varias categorizaciones que se le pueden dar a los inversores fotovoltaicos: Por tamaño Por modo de operación Por topología de implementación

9 Clasificación por modo de operación Inversor aislado (stand alone inverter) Inversor para conexión a red (grid-tie inverter) Inversor bi-modal (bymodal inverter)

10 Sistema Aislado

11 Sistema Aislado En este caso la carga depende únicamente del sistema PV para su requerimiento de potencia. El inversor entonces se debe comportar como una fuente de voltaje, con tensión y frecuencia de salida estables

12 Sistema Conectado a Red

13 Sistema conectado a Red En este caso la carga puede depender tanto del sistema PV como de la red. El inversor se engancha de la tensión y frecuencia impuestas por la red. El inversor entonces se debe comportar como una fuente de corriente con tensión y frecuencia definidas por la red eléctrica

14 Sistema Híbrido

15 Clasificación por topología de implementación Inversor central Inversor en cadena o string Inversor multicadena Inversor Maestro-Esclavo Microinversores o inversor módulo

16 Inversor central

17 Ventajas Inversor central Topología más tradicional y utilizada Diseño e implementación sencilla Costo de implementación Operación y mantenimiento Desventajas Cableado en continua (costo y seguridad) Dificultades en el MPPT Imposibilidad de crecimiento en potencia

18 Inversor en cadena o string

19 Inversor en cadena o string Ventajas La búsqueda del MPP se realiza para cada cadena en forma independiente Aumenta la eficiencia de la planta El fallo de uno de los inversores no detiene la planta Desventajas Implementación más complicada Aumenta el costo de la instalación Operación y mantenimiento

20 Inversor multicadena

21 Inversor multicadena Ventaja Combina la mayor generación de energía del caso string inverter, manteniendo un inversor central Busqueda eficiente MPP Amplio rango de tensión de entrada (conversores DCDC) Desventaja Agregar otra etapa de conversión aumenta pérdidas Mayor cantidad de componentes (operación y mantenimiento, superficie)

22 Inversor maestro - esclavo

23 Inversor maestro-esclavo Ventajas Los inversores que se encuentren en servicio, trabajan más cerca a su potencia nominal. Respaldo en caso de rotura de uno de los inversores centrales Desventajas Costo de implementación Operación y mantenimiento

24 Microinversores

25 Microinversores Ventajas MPPT independiente por panel Inexistencia de cableado en continua Gran modularidad El fallo de uno no es crítico Desventajas Alto costo incluso para instalaciones de pequeña escala Para instalaciones de gran escala: inviable

26 Microinversores

27 Eficiencia

28 Distorsión armónica

29 Qué le pedimos a un inversor FV? η MPPT T, H2O BAJOS ARMÓNICOS ANTI-ISLA VIDA ÚTIL

30 Hoja de datos

31 Hoja de datos

32 Baterías

33 Necesidad de baterías en sistemas autónomos

34 Funciones de las baterías Autonomía: Satisfacen los requerimientos de consumo en cualquier momento incluidos periodos de nula (noche) o muy baja (días nublados) irradiación. Suministro de picos de intensidad: Cuando sean necesarias corrientes mayores de las que puede suministrar el generador PV (ej. Arranque de motores). Estabilización de voltaje: Evitando fluctuaciones dañinas para los equipos

35 Tipos de baterías Primarias (o pilas): Tienen energía almacenada en forma de reactivos químicos que se libera como energía eléctrica al ser conectadas, pero lo hacen en un solo ciclo (es decir no son recargables). Secundarias: Las reacciones químicas que participan en la conversión de energía son reversibles y poseen más de un ciclo de carga y descarga.

36 Tipos de baterías En el caso de los sistemas fotovoltaicos la batería utilizada más ampliamente es la de plomoácido de vaso abierto

37 Ciclos de carga y descarga

38 Carga de la batería

39 SOC Variación de la densidad en la descarga: Durante el proceso de descarga, la densidad del electrolito disminuye progresivamente de una forma lineal. Esta disminución puede ser utilizada como un indicador del estado de carga de la batería.

40 SOC Variación del voltaje en circuito abierto durante la descarga Los valores de voltaje de circuito abierto también pueden ser utilizados como indicador del estado de carga de la batería. Debe medirse después de un período de 3 horas o más de la batería en reposo.

41 Capacidad La capacidad de una batería es la cantidad total de Ah que puede suministrar una batería desde un estado de plena carga bajo ciertas condiciones de corriente de descarga (IN) y temperatura (T) durante un tiempo tn, hasta alcanzar el votaje de corte (Vd) Se mide descargando la batería a corriente constante hasta que alcanza un valor de voltaje definido (normalmente 1,8 V/vaso). Se calcula como el producto de la corriente de descarga por el tiempo empleado en alcanzar el voltaje de corte. CN = IN*tN

42 Capacidad vs régimen de descarga y temperatura A mayor corriente de descarga menor capacidad A mayor temperatura mayor capacidad.

43 Rendimiento El rendimiento de una batería es la relación entre la cantidad de energía que puede suministrar y la cantidad de energía necesaria que hay que reintegrar a ésta para alcanzar su estado inicial Para baterías nuevas el rendimiento bajo condiciones ideales de régimen de carga y temperatura es del entorno del 90%. En la realidad un rendimiento de 75% es considerado bueno.

44 Qué le pedimos a una batería para PV? Soporte bien corrientes de descarga variables Soporte bien corrientes de carga de baja intensidad Soporte grandes períodos de tiempo a media o baja carga Baja auto descarga (2.5% al mes) Mínimo mantenimiento

45 Reguladores

46 Características generales Objetivo: Proteger a las baterías contra la sobrecarga y sobredescarga y alargar su tiempo de vida Las principales funciones del regulador son: Prevenir la sobrecarga de la batería: limitando el flujo de energía desde el generador PV hacia la batería cuando ésta se encuentra plenamente cargada Prevenir la sobredescarga de la batería: desconectando la batería de los consumos eléctricos cuando ésta alcance cierto estado de carga (bajo) Realizar funciones de control de consumo: conectar y desconectar automáticamente las cargas eléctricas durante períodos determinados (ej. Iluminación)

47 Funcionamiento En caso de sobrecarga, cuando la batería alcanza un valor de voltaje determinado (voltaje de corte por sobrecarga), el regulador pone los paneles PV en circuito abierto y corta la corriente hacia las baterías (y/o avisa al consumidor con una alarma) En caso de descarga excesiva, cuando la batería alcanza un valor de voltaje determinado (voltaje de corte por sobredescarga), el regulador corta el suministro de la batería hacia los consumos (y/o avisa con una alarma). Un buen regulador, en el que se puedan seleccionar correctamente los voltajes de corte, no sólo consigue aprovechar al máximo la energía generada sino que también protege a las baterías y alarga su vida.

48 Otras características de los reguladores Además de controlar la carga-descarga de la batería, los reguladores pueden incluir: Indicadores de estado Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (MPPT) Alarmas de baja y alta tensión Adquisición de datos y acceso vía remota Opciones de gestión de carga: Derivación del excedente de potencia Cargas esenciales y no esenciales