Sistemas de control de potencia de una instalación fotovoltaica

Abstract

En los últimos años, en España, la potencia eléctrica instalada de sistemas fotovoltaicos ha experimentado un crecimiento muy grande, pasando de 4.6 GW en 2015 a unos 15 GW en 2021. Además, según el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima, el objetivo es que en 2030 esa cifra aumente hasta los 39 GW. Actualmente, uno 2.7 GW de esta potencia instalada proviene de instalaciones de autoconsumo que, en ocasiones, pueden verter también energía en la red. Estas instalaciones buscan que la generación de energía por parte de los paneles sea la máxima posible para poder rentabilizarlos, y también buscan verter a la red una energía de calidad. Para conseguir la máxima potencia de los paneles fotovoltaicos existen los MPPT (Maximum Power Point Tracker), que buscan el punto de trabajo del panel donde se genera la máxima potencia independientemente de las condiciones ambientales, y mantiene al panel trabajando en ese punto. Para conseguir verter una energía de calidad a la red hay que controlar la corriente vertida a ella, minimizando los armónicos y sincronizando el ángulo con el de la tensión de la red. En este proyecto se diseñan tanto el sistema MPPT como el sistema de control de potencia vertida a la red para un sistema de paneles fotovoltaicos de 20 Kw de potencia nominal que vierte toda su producción de potencia a la red. Para un sistema de estas características se suele utilizar una estructura de conexión a la red conocida como Two-Stage , que consiste en un convertidor DC-DC elevador de tensión en serie con un convertidor DC-AC (también conocido como inversor) como elementos principales. La estructura cuenta también con un filtro para atenuar los armónicos en la corriente y un transformador elevador de tensión para igualar la tensión a la de la red.

In recent years, in Spain, the installed electrical power of photovoltaic systems has experienced a very large growth, going from 4.6 GW in 2015 to about 15 GW in 2021. In addition, according to the National Integrated Energy and Climate Plan, the goal is for that figure to increase to 39 GW by 2030. Currently, 2.7 GW of this installed capacity comes from facilities of self-consumption that, on occasions, can also pour energy into the network. These facilities seek that the generation of energy by the panels is the maximum possible to be able to make them profitable, and they also seek to pour quality energy into the network. To get the maximum power from photovoltaic panels there are MPPTs (Maximum Power Point Tracker), which look for the working point of the panel where generates maximum power regardless of ambient conditions, and keeps the panel working at that point. In order to pour quality energy into the grid, the current poured into it must be controlled, minimizing harmonics and synchronizing the angle with that of the grid voltage. In this project both the MPPT system and the control system of power poured into the grid for a 20 kW photovoltaic panel system nominal that pours all its power production into the grid are designed. For a system of these characteristics,the usual grid-connection structure used is the one known as Two-Stage, which consists of a step-up DC-DC converter voltage in series with a DC-AC converter (also known as an inverter) as main elements. The structure also has a filter to attenuate the harmonics in the current, and a step-up transformer to equalize the voltage to that of the grid.