Módulo para la integración de sistemas de generación solar grid-tie y off-grid de manera automática

Abstract

La integración de sistemas fotovoltaicos interconectados (SFI) con sistemas fotovoltaicos aislados (SFA) para alimentar una carga constante se ha venido desarrollando en los últimos años. Sin embargo, cuando la carga no es constante y la potencia producida por el SFI no es totalmente consumida se genera un exceso de energía que desestabiliza el punto común de acople (PCC). El desarrollo exitoso de un proyecto que logre la conexión de los dos inversores de forma simultánea, sin necesidad de incluir al sistema integrado en la red pública, abre las puertas a la implementación de más configuraciones de sistemas fotovoltaicos. Este trabajo propone el desarrollo de un módulo que integre los dos sistemas (SFI y SFA) y cuente con la capacidad de drenar la energía que desestabiliza el PCC. Esto se logro con un circuito de potencia conformado por tres MOSFET conectados en cascada con un BJT, y un diodo conectado entre el BJT y el MOSFET el cual se encuentra en paralelo a la carga (bombillos). Al excitar la base del BJT con una orden de modulación de ancho de pulso (PWM) dado por la tarjeta de control, se ajusta la potencia consumida de la carga. Como limitante se encontró que el sistema fotovoltaico aislado debe contar con un inversor off-grid y una generación del doble de la capacidad del grid-tie o la generación del sistema interconectado, sino el inversor off-grid se desconectara y por tanto el grid-tie también. Para la validación de la precisión del circuito de control se considero que la calidad de la operación del circuito es aceptable si el voltaje en el PCC no viola los márgenes de voltaje establecidos por la NTC 1340. Después de realizar 12 pruebas se encontró que con una confianza de 95%, la máxima sobretensión durante la sincronización no supera el 5% de la tensión nominal y se puede asegurar con un 95% de confianza que el voltaje del PCC después de la sincronización está dentro de los márgenes de voltaje establecidos por la NTC.

The integration of interconnected photovoltaic systems (SFI) with isolated photovoltaic systems (SFA) to feed a constant load has been developed in recent years. However, when the load is not constant and the power produced by the SFI is not totally consumed, an excess of energy is generated that destabilizes the common point of coupling (PCC). The successful development of a project that achieves the connection of the two investors simultaneously, without the need to include the integrated system in the public network, opens the doors to the implementation of more configurations of photovoltaic systems. This work proposes the development of a module that integrates the two systems (SFI and SFA) and has the capacity to drain the energy that destabilizes the PCC. This was achieved with a power circuit consisting of three MOSFETs connected in cascade with a BJT, and a diode connected between the BJT and the MOSFET which is parallel to the load (bulbs). By exciting the base of the BJT with a pulse width modulation (PWM) command given by the control card, the consumed power of the load is adjusted. As a limitation it was found that the isolated photovoltaic system must have an off-grid inverter and a generation of twice the capacity of the grid-tie or the generation of the interconnected system, but the off-grid inverter will be disconnected and therefore the grid- tie too. For the validation of the accuracy of the control circuit it was considered that the quality of the operation of the circuit is acceptable if the voltage in the PCC does not violate the voltage ranges established by NTC 1340. After carrying out 12 tests it was found that with a 95% confidence, the maximum overvoltage during synchronization does not exceed 5% of the rated voltage and it can be assured with 95% confidence that the PCC voltage after synchronization is within the voltage ranges established by the NTC.