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Questions and Answers
¿Cuál es la tensión mínima necesaria a la entrada de un convertidor en la estructura de conversión simple?
¿Cuál es la tensión mínima necesaria a la entrada de un convertidor en la estructura de conversión simple?
¿Cuál es el rango de tensión nominal que deben respetar los sistemas al desconectarse?
¿Cuál es el rango de tensión nominal que deben respetar los sistemas al desconectarse?
¿Qué tipo de algoritmos deben implementarse para detectar el funcionamiento en isla?
¿Qué tipo de algoritmos deben implementarse para detectar el funcionamiento en isla?
¿Cuál es la tensión máxima permitida en la entrada del convertidor con semiconductores de 1200 V?
¿Cuál es la tensión máxima permitida en la entrada del convertidor con semiconductores de 1200 V?
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¿Qué componente se utiliza comúnmente en sistemas fotovoltaicos monofásicos junto con el inversor?
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¿Cuál es el efecto de las sobretensiones en las conmutaciones en un convertidor?
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¿Qué se limita a 1000 V en circuitos abiertos debido a las sobretensiones?
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¿Qué acción debe tomar un sistema ante variaciones importantes de frecuencia fuera de rango?
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¿Cuál es la función principal de un transformador en una instalación fotovoltaica conectada a la red?
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¿Qué tipo de estructuras se utilizan típicamente para sistemas fotovoltaicos conectados a la red por debajo de 5 kW?
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¿Cuál es un desventaja de las estructuras fotovoltaicas con transformador de baja frecuencia?
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¿Qué tipo de modulación se recomienda utilizar con un puente en H para evitar un filtro de modo común grande?
¿Qué tipo de modulación se recomienda utilizar con un puente en H para evitar un filtro de modo común grande?
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¿Cuál es la función principal del algoritmo MPPT en un sistema fotovoltaico?
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¿Cuál es la capacidad parásita de un panel fotovoltaico de silicio cristalino en días húmedos?
¿Cuál es la capacidad parásita de un panel fotovoltaico de silicio cristalino en días húmedos?
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En un sistema aislado, ¿qué tipo de tensión se tiene comúnmente a la entrada de la etapa de conversión?
En un sistema aislado, ¿qué tipo de tensión se tiene comúnmente a la entrada de la etapa de conversión?
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¿Qué elementos componen los convertidores electrónicos utilizados en sistemas fotovoltaicos?
¿Qué elementos componen los convertidores electrónicos utilizados en sistemas fotovoltaicos?
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En una instalación fotovoltaica, ¿qué tecnología se utiliza generalmente para limitar las corrientes de modo común?
En una instalación fotovoltaica, ¿qué tecnología se utiliza generalmente para limitar las corrientes de modo común?
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¿Cuál es la tensión máxima en circuito abierto para un inversor en una estructura monofásica?
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¿Cuál es el propósito del inversor de puente en H en un sistema fotovoltaico?
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¿Qué componente permite la conexión entre la instalación fotovoltaica y la red sin riesgo de variaciones en la tensión de modo común?
¿Qué componente permite la conexión entre la instalación fotovoltaica y la red sin riesgo de variaciones en la tensión de modo común?
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¿Qué tipo de corriente debe generar un sistema conectado a la red en su salida?
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¿Qué dispositivos semiconductores son los más empleados en sistemas fotovoltaicos?
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¿Cuál es una característica de los elementos pasivos en los convertidores electrónicos?
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En un sistema fotovoltaico aislado, ¿para qué debe generarse la tensión alterna en la salida?
En un sistema fotovoltaico aislado, ¿para qué debe generarse la tensión alterna en la salida?
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Study Notes
Sistemas Fotovoltaicos: Bloque A, Tema 3
- Conversión electrónica: La etapa de conversión en los sistemas fotovoltaicos transforma la corriente continua producida por el generador fotovoltaico en corriente alterna.
- Convertidor electrónico: El elemento fundamental en la etapa de conversión es el convertidor electrónico. Este debe funcionar en un amplio rango de tensión de entrada para adaptarse a las configuraciones serie-paralelo de los generadores fotovoltaicos (FV).
- Rendimiento: Los convertidores de elevado rendimiento son cruciales, actualmente se alcanzan rendimientos del 99% en los mejores casos y suelen estar alrededor del 97%.
- Tipos de Conversión: Existen multitud de topologías de convertidores electrónicos dc/dc (con y sin aislamiento galvánico) y dc/ac (monofásicos, trifásicos, con o sin transformador).
- Conversión dc/dc elevador: La necesidad de trabajar con un amplio rango de tensiones de entrada en la etapa de conversión dc/ac suele requerir un convertidor dc/dc elevador en la entrada.
- Sistemas de conexión a red: En estos sistemas, el generador fotovoltaico se conecta directamente a la etapa de conversión y la salida genera una corriente alterna que se inyecta en la red eléctrica. El convertidor determina el punto de funcionamiento óptimo (MPPT).
- Sistemas aislados: En estos sistemas, la etapa de conversión recibe típicamente una tensión continua fijada por baterías (en caso de acoplamiento indirecto). La salida debe generar una tensión de alterna apropiada (amplitud y frecuencia) para las cargas a alimentar.
- Elementos de convertidores electrónicos: Los convertidores electrónicos están formados por dispositivos de estado sólido (semiconductores que actúan como interruptores) y elementos pasivos (bobinas, condensadores) que no consumen potencia activa. Los semiconductores de potencia más comunes en sistemas fotovoltaicos son el diodo y el IGBT. La electrónica de señal controla el funcionamiento del sistema.
- Conversores fotovoltaicos: Los convertidores más comunes son el elevador (para aumentar la tensión) y el inversor de puente en H (para convertir a corriente alterna).
Convertidor dc/dc elevador
- Componentes: El convertidor elevador está formado por un solo diodo y un IGBT.
- Conmutación: La conmutación se realiza comparando una tensión triangular con una tensión de control. Esto permite ajustar las velocidades y controlar el flujo de corriente.
-
Valores de tensión:
- TON: IGBT en conducción, diodo en corte.
- T OFF: IGBT en corte, diodo en conducción.
- Vc>Vtri: TON
- Vc<Vtri: T OFF
- Valor medio de la tensión de salida (VDC) es mayor que la tensión de entrada (VPV).
Convertidor DC/DC
- Topología: El elevador (boost) está conformado por un solo diodo y un solo IGBT.
- Conexión: No requiere tres interruptores.
- Conmutación: La conmutación, o sincronización, PWM se ejecuta comparando una tensión triangular con la señal de control.
Inversor de Puente en H
- Modulación PWM: Este inversor utiliza técnicas como PWM bipolar y unipolar para la conmutación.
- PWM bipolar: Conmuta las ramas de forma complementaria, con armónicos a la frecuencia de conmutación.
- PWM unipolar: Conmuta cada rama por separado, con armónicos a doble frecuencia y mitad de amplitud comparado con el método bipolar.
- Modulación: Es importante elegir la modulación adecuada pues el filtrado es más sencillo en el caso unipolar.
Inversor de Puente en H: Modulación bipolar
- Transistores: Los transistores de cada diagonal (T1-T4 y T2-T3) se emparejan en esta modulación.
- Tensión de control: Solo se necesita una tensión de control (Vcon).
Inversor de Puente en H: Modulación unipolar
- Conmutación: Conmuta cada rama por separado utilizando la misma señal triangular, pero con señales de control opuestas.
- Armónicos: Genera armónicos a doble de la frecuencia de conmutación.
- Filtrado: El filtrado de la modulción unipolar se realiza con mucha más facilidad que la bipolar.
Valores en la obtención de tensión de salida:
- valor medio instantáneo: Un valor clave para el correcto análisis del proceso.
Sistemas fotovoltaicos: Mode común y Uso de transformador
- Capacidades parásitas: Las capacidades parásitas entre los componentes y la tierra inducen corrientes de alta frecuencia y afectan negativamente a las interferencias magnéticas (EMI).
- Eficiencia: La eficiencia de los convertidores es mayor en algunos casos que cuando se utiliza transformador.
- Eliminación de transformadores: Es posible reducir frecuencias de conmutación cuando se evita el uso de transformador.
- Regulaciones y Normativas: En España, el Real Decreto 1699/2011, rige la conexión de sistemas fotovoltaicos a la red.
- Transformador: El uso de transformador ofrece aislamiento eléctrico entre la instalación y la red.
Estructuras de conversión monofásicas
- Potencia: Se emplean por debajo de 5 kW, apropiadas para aplicaciones residenciales y sistemas aislados.
Estructuras de conversión trifásicas
- Potencia: Utilizadas en sistemas de 5 kW o superiores.
- Ventajas: Entregan potencia constante a la red, con una mayor tensión pico, que en el caso monofásico.
- Componentes: Están constituidas por tres células elementales de conmutación.
Requisitos generales
- Eficiencia: Deben tener una elevada eficiencia.
- Tamaño: Tienen que ser pequeños y ligeros.
- Ruido: Deben generar un bajo nivel de ruido.
- EMI: Presentan bajas emisiones electromagnéticas y alta inmunidad a ellas (EMI).
- Fiabilidad: Deben tener alta fiabilidad, buen mantenimiento y garantía amplia.
- Vida útil: Su vida útil debe maximizarse.
- Monitorización: Deben incluir monitorización con interfaces amigables.
Requisitos de entrada DC
- Rango de tensión de entrada: Deben tener un alto rango de tensión de entrada.
- Algoritmos MPPT: Sus algoritmos MPPT deben ser fiables.
- Rizado de tensión: Deben tener bajo rizado de tensión DC.
- Modos comunes: Deben presentar bajo modo común para evitar corrientes de tierra.
- Protecciones: Incluyen protecciones contra sobretensión, sobrecarga y sobre temperatura.
- Histéresis: La histéresis en el encendido y apagado debe ser mínima.
- Sistema de Detección de Robo: pueden incluir sistemas de detección de robo.
- Detección de Arco Eléctrico: pueden incluir detección de arco eléctrico.
Requisitos de salida AC
- Forma de onda: Deben generar una corriente de salida senoidal.
- Distorsión armónica: Con baja distorsión armónica típicamente menor al 3%.
- Normativas: Deben cumplir las normativas de red aplicables a instalaciones de baja tensión
- Potencia reactiva: Deben aportar potencia reactiva al detectar un hueco de tensión.
- Variaciones de tensión de frecuencia: Deben poderse desconectar rápidamente en caso de variaciones importantes en la tensión (fuera del rango 0,8-1,15 de la tensión nominal sin tratarse de un hueco de tensión) o frecuencia (fuera del rango 48-52 Hz)
- Detección de isla: Deben detectar el funcionamiento en isla (algoritmos de detección anti-isla) y, en ese caso, apagarse.
Otras estructuras de conversión
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Elevador + Inversor: Esta estructura, combinando ambos, permite un amplio rango de tensiones de entrada.
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Inversor + Trafo de baja frecuencia: Ofrece aislamiento galvánico y menor frecuencia de conmutación.
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DC/DC con trafo de alta frecuencia + inversor: Elimina la necesidad de transformador de baja frecuencia y ofrece mayor eficiencia.
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Control en cascada: Este método mejora la estabilidad del sistema, al controlar elementos como la tensión y la corriente.
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Description
Este cuestionario se centra en la etapa de conversión electrónica en sistemas fotovoltaicos, analizando la transformación de corriente continua a corriente alterna. También se discuten los diferentes tipos de convertidores electrónicos y su rendimiento. Profundiza en las tecnologías y topologías necesarias para optimizar la conversión de energía.
