Ampliación, mejora e integración en la red de un sistema fotovoltaico

Abstract

Els últims anys s’han realitzat un gran nombre d’instal•lacions fotovoltaiques convencionals, formades per un camp solar connectat a la xarxa mitjançant un inversor. Encara que inicialment la construcció d’aquestes instal•lacions estava subvencionada pels estats, actualment, aquestes subvencions s’estan eliminant. Un important desafiament és millorar i ampliar aquestes instal•lacions al mínim cost. Aquesta millora pretendrà augmentar la quantitat d’energia generada i/o augmentar la seva qualitat, reduint la aleatorietat de la producció, o fins i tot, podent participar a la gestió del sistema elèctric, millorant la seva integració a la xarxa. Presentem un dispositiu adaptador, que anomenarem Smart Panel Device (SPD), que permet la introducció de fonts, càrregues i elements d’emmagatzematge a sistemes fotovoltaics. El seu port de sortida es connecta al punt comú on s’uneixen el camp solar i l’inversor, sense pertorbar el punt de treball existent, que hauria de ser el punt de màxima potencia (MPP) del camp solar. El port d’entrada es connecta al nou element que es vol introduir. Aquest dispositiu, basat en un convertidor commutat controlat per funcionar com a font de potencia, te una corba potencia-tensió en el port de sortida, que no pertorba el punt de treball previ, i és compatible amb un inversor MPPT. El SPD s'ha aplicat a l’ampliació de sistemes fotovoltaics, afegint-hi fonts i bateries. Amb això es pot reduir l’aleatorietat de la producció y, fins i tot, implementar regulació primària i secundaria. El SPD també permet realitzar càrregues actives regeneratives, connectar fonts sense punt de màxima potencia a la xarxa utilitzant inversors MPPT, i, també, implementar microxarxes. També presentem una eina que ha estat molt útil per la implementació del SPD, així com per moltes altres aplicacions: el comparador amb histèresis analògic integrat en un microcontrolador.

En los últimos años se han realizado un gran número de instalaciones fotovoltaicas convencionales, formadas por un campo solar conectado a la red mediante un inversor. Aunque inicialmente la construcción de estas instalaciones estaba subvencionada por los estados, actualmente, estas subvenciones se han eliminado. Un importante desafío es mejorar y ampliar estas instalaciones al mínimo coste. Esta mejora pretenderá aumentar la cantidad de energía generada y/o aumentar su calidad, reduciendo la aleatoriedad de la producción, o incluso pudiendo participar en la gestión del sistema eléctrico, mejorando su integración en la red. Presentamos un dispositivo adaptador, que denominaremos Smart Panel Device (SPD), que permite la introducción de fuentes, cargas y elementos de almacenamiento a sistemas fotovoltaicos. Su puerto de salida se conecta en el punto común donde se unen el campo solar y el inversor, sin perturbar el punto de trabajo existente, que debería ser el punto de máxima potencia (MPP) del campo solar. El puerto de entrada se conecta al nuevo elemento que se quiere introducir. Este dispositivo, basado en un convertidor conmutado controlado para funcionar como fuente o sumidero de potencia, tiene una curva potencia-tensión en el puerto de salida, que no perturba el punto de trabajo previo, y es compatible con un inversor MPPT. El SPD se ha aplicado en la ampliación de sistemas fotovoltaicos, añadiendo fuentes y baterías. Con lo que se puede reducir la aleatoriedad de la producción y hasta implementar regulación primaria y secundaria. El SPD también permite realizar cargas activas regenerativas, conectar fuentes sin punto de máxima potencia a la red usando inversores MPPT, y también implementar microrredes. Asimismo, presentamos una herramienta que ha sido muy útil para la implementación del SPD, así como para multitud de aplicaciones: el comparador con histéresis analógico integrado en un microcontrolador.

A large number of simple photovoltaic grid-tie systems, consisting of a small solar field with an MPPT inverter, have been built these recent years. Although the construction of such facilities was originally sponsored by state governments, currently these subsidies have been removed in many countries. Nowadays, a major research challenge is how to improve the production yield and quality of such facilities at minimum cost. This improvement seeks to increase the amount of electricity generated improving the level of grid-cooperation, by reducing the randomness of production, or even participate in the grid management, enhancing its integration into the electrical grid. In this context, an adaptor device, called Smart Panel Device (SPD) is presented in this document. This device allows the introduction of additional sources, loads and storage elements to existing photovoltaic systems. Its output port is connected to the node where the solar field and the MPPT inverter are connected together without disturbing the actual working point, the panel maximum power point (MPP). The input port is connected to the new element to be introduced. This device, based on a switching converter controlled to behave as a power source or sink, has an output port power-voltage curve, which is compatible with an MPPT inverter. The SPD suitability has been verified expanding photovoltaic systems adding batteries and various source types. Thus, the production randomness can be reduced and even primary and secondary regulation can be implemented. The SPD can also be used developing regenerative electronic loads, connecting sources without maximum power point to the grid with MPPT inverters, and suitable as a microgrid building block. Finally, we present a technique to implement a built-in analog hysteretical comparator in a microntroller. It has been proved to be very useful for the SPD implementation, and many other applications.