Post on 27-Apr-2020
LABSOL – Laboratório de Energia Sola
Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS
Caracterización de inversores CC/CA para conexión a la red
Arno Krenzinger
Novembro 2010
CARACTERIZACIÓN DE
INVERSORES CC/CA PARA
CONEXIÓN A LA RED
PRIMERA EDICIÓN DIGITAL
Julio, 2011
Lima - Perú
© Arno Krenzinger
PROYECTO LIBRO DIGITAL
PLD 0274
Editor: Víctor López Guzmán
http://www.guzlop-editoras.com/guzlopster@gmail.com guzlopnano@gmail.com facebook.com/guzlop twitter.com/guzlopster428 4071 - 999 921 348Lima - Perú
PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)
El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados.
Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso.
Entre las ventajas del libro digital se tienen:• su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad),• su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica),• su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural),• su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento),• su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga-ción de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras.
Algunos objetivos que esperamos alcanzar:• Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital.• Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta.• Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías.• El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente.• El pe r sona l docente jugará un r o l de tu to r, f ac i l i t ador y conductor de p r oyec tos
de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró-nicas recomendadas.• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.
En el aspecto legal:• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.
Lima - Perú, enero del 2011
“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor
Inversores fotovoltaicos para SFCR
• Transformador en baja frecuencia
• Transformador en alta frecuencia
• Sin transformador
• Componente comutador• Tiristores• Transistores
•Comutación• Auto-comutados• Comutados por la red
• Número de Fases• Inversores monofásicos• Inversores trifásicos
Ensayo e análisis de características eléctricas y térmicas de inversores.
1. Eficiencia de Conversión CC/CA.
2. Eficiencia del Seguidor del Punto de Máxima Potencia.
3. Factor de Potencia.
4. Distorsión Harmónica en el Voltaje y en la Corriente.
5. Comportamiento de la Temperatura del Inversor.
SISTEMA Fotovoltaico Conectado a la Red en el LABSOL (UFRGS), Porto Alegre, BRASIL
SISTEMA Fotovoltaico Conectado a la Red en el CIEMAT, Madrid, España
Alimentación CC para los ensayos
Eficiencia de Conversión CC/CA
dtP
dtP
EE
CC
CA
CC
CAinvinv
•Esta eficiencia es determinada em Función de:
1. Potencia Relativa2. Voltaje CC de entrada3. Temperatura
La eficiencia de conversión es definida como la relación entre la energía eléctrica en la salida del inversor y la energía eléctrica en la entrada del inversor
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNOM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1E
ficiê
ncia
de
Con
vers
ão C
C /
CA
SMA Sunny Boy 700UCurva MedidaCurva Teórica
2
210NOM
CA
NOM
CA
NOM
CA
NOM
CA
inv
PPK
PPKK
PP
PP
inv
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNOM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
SMA Sunny Boy 1100ECurva MedidaCurva Teórica
(Eficiencia de Conversión CC/CA)
(Eficiencia de Conversión CC/CA)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNOM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Efic
iênc
ia d
e C
onve
rsão
CC
/ C
A
Fronius IG 15Curva MedidaCurva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNOM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Efic
iênc
ia d
e C
onve
rsão
CC
/ C
A
Mastervolt Sunmaster QS 2000Curva MedidaCurva Teórica
Ponderación de Eficiencia Media de Conversión CC/CA
%100%50%30%20%10%5 2,048,01,013,006,003,0 1005030 ,01,0 30 ,01,0 302010%5 2,048,01,0 ,01,0 ,01,0 ,01,0 ,01,0 ,01,0,006,0,0EU
%100%75%50%30%20%10 05,053,021,012,005,004,0 1007550302010 ,0,021,012,0,004,0CA
Fabricante Modelo ηEU ηCAL
SMA SB 700U 88,7 89,2
SMA SB 1100E 88,3 88,3
SMA SB 2100 90,2 90,4
SMA SB 2500 92,7 92,0
SMA SB 3800U 89,3 90,0
Fronius IG 15 86,9 87,4
Fronius IG 20 85,1 86,5
Fronius IG 30 88,2 88,8
Mastervolt QS 2000 88,3 88,5
Mastervolt QS 3200 87,4 87,9
Eficiencia de Conversión CC/CA en Función del Voltaje CC
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNOM
88
90
92
94
96
98
Efici
ência
CC/
CA (%
)
Sunways NT 4000Tensão CC de 550VTensão CC de 370VTensão CC de 460V
2
210N
CACC
N
CACCCC
N
CA
N
CA
inv
PPVK
PPVKVK
PP
PP
inv
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNOM
80
84
88
92
96
100
Efic
iênc
ia C
C/C
A (%
)
SMA Sunny Boy 3300TLTensão CC de 250VTensão CC de 400VTensão CC de 550V
250 V 400 V 550 V
5 % 86,3 88,0 89,6
10 % 91,8 93,2 94,3
20 % 94,2 95,6 96,5
30 % 94,5 96,0 97,1
50 % 93,7 95,8 97,2
75 % 92,6 94,9 96,8
100 % 90,4 93,8 96,3
Eficiencia de Conversión CC/CA
en Función del Voltaje CC
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNOM
84
88
92
96
100
Efic
iênc
ia C
C/C
A (%
)
SMA Sunny Boy SWR 2000Tensão CC de 370VTensão CC de 250VTensão CC de 160V
160 V 250 V 370 V
5 % 91,3 93,9 97,1
10 % 94,3 96,1 97,8
20 % 95,2 96,8 97,9
30 % 94,8 96,6 97,6
50 % 93,3 95,8 96,8
75 % 91,3 94,5 95,7
100 % 89,1 93,2 94,6
Eficiencia de Conversión CC/CA
en Función del Voltaje CC
Eficiencia Media en Función del Voltaje CC
80 120 160 200 240 280 320 360
Tensão CC (V)
88
89
90
91
92
93E
ficiê
ncia
CC
/ C
A (%
)
Ingeteam Ingecon Sun 2,5Eficiência EuropéiaEficiência Californiana
Eficiencia del Seguidor del Punto de Máxima Potencia (MPPT)
dtP
dtP
EE
PMP
CC
PMP
CCSPMPSPMP
• Es definida como la relación entre la energía eléctrica en la entrada del inversor y la energía eléctrica que el inversor debería convertir si el mismo operase idealmente en el punto de máxima
potencia.
refCCPMPref
tFVPMP TT
GG
PP ,, 1 refCCPMP TT refCCPMP TT refCCPMPPP refCCPMP
Determinación de la Eficiencia del Seguidor del punto de Máxima Potencia (MPPT)
• Se supone que no hay variación de la irradiancia en el Intervalo de 1 min.• ……se supone que el MPPT encontró el PMP a lo largo del minuto
Se mide el punto máximo y el total
0 10 20 30 40 50 60
Tempo ( s )
236
237
238
239
240
241
Tens
ão (
V )
Tensão ( V )
Pot
ênci
a ( W
)
dtP
dtIV
MAX
ii
SPMPSPMP
Eficiencia del Seguidor del Punto de Máxima Potencia (MPPT)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCC / PNOM
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1E
ficiê
ncia
do
MP
PT (
% )
Fronius IG 15Curva MedidaCurva Teórica
Coeficientes
K0 = 0,0039
K1 = 0,0023 NOM
CC
NOM
CC
NOM
CC
MPPT
PPMM
PP
PP
10
MPPT
Calidad de la Energía Eléctrica inyectada a la Red
RMSRMS
ii
IV
dttItVT
SPFP
IV
ii ii tItV tItV ii tItV ii ii tItV iiTSP tItV1
Factor de Potencia
Distorsión Harmónica
1
2
2
I
ITHD n
n
i
2In22
1
2
2
V
VTHD n
n
V
2VnVnV22
Factor de Potencia
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNOM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fato
r de
Potê
ncia
SMA Sunny Boy 3800UCurva MedidaCurva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNOM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fronius IG 30Curva MedidaCurva Teórica
3
3
1
210
C
NOM
CA
C
NOM
CA
PPC
PPCCC
FP C
PPP
210 210 CCC 210 CCC CCC 210 CCC 210
C
PPP210 CCC 210 CCC 210 210 210 CCC 210 CCC CCC 210 CCC 210 210 CCC 210 CCC 210
Factor de Potencia
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNOM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fato
r de
Potê
ncia
Mastervolt Sunmaster QS 2000Curva MedidaCurva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNOM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Mastervolt Sunmaster QS 3200Curva MedidaCurva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNOM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fato
r de
Potê
ncia
Fronius IG 15Curva MedidaCurva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNOM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fronius IG 20Curva MedidaCurva Teórica
Distorsión Harmónica de Corriente
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNOM
0
5
10
15
20
25
30
THD
de
Cor
rent
e (%
f)
SMA Sunny Boy 2100Curva MedidaCurva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNOM
0
5
10
15
20
25
30
SMA Sunny Boy 2500Curva MedidaCurva Teórica
NOM
CA
NOM
CAI P
PTTPPTTThd 3210 expexp
Distorsión Harmónica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNOM
0
5
10
15
20
25
30
THD
de
Cor
rent
e (%
f)
Fronius IG 15Curva MedidaCurva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNOM
0
4
8
12
16
20
Fronius IG 20Curva MedidaCurva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNOM
0
2
4
6
8
10
THD
de
Cor
rent
e (%
f)
Mastervolt Sunmaster QS2000Curva MedidaCurva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNOM
0
3
6
9
12
Mastervolt Sunmaster QS 3200Curva MedidaCurva Teórica
SFCR en Condiciones Normales de Operación
0 4 8 12 16 20 24
Tempo (h)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70Te
mpe
ratu
ra (°
C)
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
Pot
ênci
a (W
) e Ir
radi
ânci
a (W
/m²)Temp Inversor
IrradiânciaPotência
0 200 400 600 800 1000
Irradiância (W/m²)
0
200
400
600
800
1000
1200P
otên
cia
(W)Potência FV (Manhã)Potência FV (Tarde)
SFCR en Condiciones Normales de Operación
Limitación de Potencia por sobrecarga
0 4 8 12 16 20 24
Time (h)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70Te
mpe
ratu
ra (°
C)
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Pot
ênci
a (W
) e Ir
radi
ânci
a (W
/m²)
Temp InversorIrradiânciaPotência
0 200 400 600 800 1000
Irradiância ( W/m² )
0
200
400
600
800
1000
1200
1400P
otên
cia
(W)
Potência FV (Manhã)Potência FV (Tarde)
Limitación de Potencia por sobrecarga
0 4 8 12 16 20 24
Tempo (h)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70Te
mpe
ratu
ra (°
C)
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Potê
ncia
(W) e
Irra
diân
cia
(W/m
²)Temp InversorIrradiânciaPotência
Limitación de Potencia por sobrecarga y temperatura
0 200 400 600 800 1000 1200
Irradiância (W/m²)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Pot
ênci
a (W
)Potência FV (Manhã)Potência FV (Tarde)
Limitación de Potencia por sobrecarga Y temperatura
Ensayos Térmicos de Inversores
Perdidas del inversor Energía Térmica
Conservación de Energía
dtdE
dtdE
dtdE
dtdE vcgoi dEdEdEoi dEoi dE
Modelo Matemático
tTTFFtP
FTT AMBINV
CAP
DCC
CAP
112
Ensayos Térmicos de los Inversores
Modelo Matemático
tTTFFtP
FTT AMBINV
CAP
DCC
CAP
112
Factor de CapacidadTérmica
12
1TT
tPF CCCAP
12 TT 12 TT 12
tP tP tP
Factor de DisipaciónTérmica
AMBINV
CCD TT
PFTT
1
tTTFTTF
AMB
CAPD tTT tTT tTT tTT tTT
FTT FTT FTT
1
12
Factor de Capacidad Térmica y Factor de Disipación Térmica de los Inversores
Inversor FCAP(J/°C)
Desvio Padrão
FDN(W/°C)
Desvio Padrão
FDF(W/°C)
Desvio Padrão
FDmédio(W/°C)
SB 700U 8250 530 2,10 0,60 Não Não 2,10
SB 1100E 9200 450 2,80 0,45 Não Não 2,80
SB 2100 10600 370 3,20 0,22 Não Não 3,20
SB 3800U 11200 530 2,20 0,60 7,20 0,50 3,50
IG 15 2682 315 1,28 0,20 5,35 0,25 3,31
IG 20 2449 330 1,36 0,10 5,22 0,16 3,29
IG 30 2750 515 1,42 0,20 7,87 0,36 3,35
QS 2000 3210 340 1,93 0,48 5,20 0,04 3,56
QS 3200 3520 490 1,80 0,44 5,47 0,06 3,63
CONCLUSIÓN
•medir es difícil•medir con exactitud es todavía más difícil•pero es posible e importante•Los modelos pueden reproducir el comportamiento de los inversores con mucha fidelidad
GRACIAS