Contribución a los sistemas de control de potencia micro-distribuida en edificios fotovoltaicos

Abstract

Enriquecida con diversos estudios, simulaciones, desarrollo de instrumentación y software, así como de importantes resultados de ensayos; esta tesis doctoral pretende contribuir al análisis del comportamiento y control de potencia de generadores fotovoltaicos constituidos por “módulos MPPT”, módulos fotovoltaicos con un seguidor individual del punto de máxima potencia; sistema de especial aplicación en edificios. Cabe destacar inicialmente, el desarrollo de instrumentación y software para la caracterización de módulos fotovoltaicos y convertidores MPPT. Con el fin de validar la instrumentación, se realiza una amplia campaña de ensayos utilizando varios modelos y fabricantes de módulos. Adicionalmente, con el fin de identificar el comportamiento del MPPT, se llevan a cabo estudios sobre los efectos producidos por el sombreamiento. Como segunda contribución, se realiza un extenso estudio teórico acerca del comportamiento y desempeño de módulos MPPT conectados al generador de un sistema fotovoltaico conectado a red. Se desarrolla un conjunto de expresiones matemáticas que permiten estimar el voltaje de entrada del inversor, los parámetros eléctricos y la máxima relación de conversión de los convertidores considerando diferentes condiciones de funcionamiento. Se realizan además varias simulaciones por ordenador, las cuales permiten predecir el comportamiento del sistema en diversas situaciones. Por último, y tomando como ejemplo práctico la Pérgola Fotovoltaica de la Moncloa, se realiza una simulación energética anual considerando módulos MPPT con diferente inclinación y orientación. En último lugar y a partir de un prototipo de convertidor MPPT desarrollado por Robotiker Tecnalia, se desarrolla y explica un algoritmo para identificar los estados de operación y detectar fallos del prototipo. Mediante una amplia campaña de ensayos, en la que se prueban cuatro prototipos conectados en serie a un inversor conectado a red, se lleva a cabo la caracterización de los convertidores, se estudia su comportamiento en diversas condiciones de sombreamiento, y se analizan las situaciones de funcionamiento de los módulos MPPT en las que es posible extraer la máxima potencia del generador fotovoltaico.