LAB 6 SFO115 2015

CIUDAD UNIVERSITARIA, 26 DE JUNIO DE 2015

Facultad de Ingeniería y Arquitectura

Escuela de Ingeniería Eléctrica Sistemas Fotovoltaicos

LABORATORIO N° 6: “MEDICIÓN Y COMPARACIÓN DE PARAMETROS

EN INVERSORES Y CONTROLADORES DE CARGA.”

CATEDRÁTICO: ING. JORGE ZETINO.

INSTRUCTOR: BR. OSCAR SURIO.

INTEGRANTES:

NOMBRE: CARNET:

MARQUEZ PINEDA, MAURO ERNESTO MP08079

MEJIA SANTOS, CESAR AUGUSTO MS07026

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CICLO I - 2015

2

INTRODUCCION.

Todos los días en todo el mundo, el sol brilla sobre la tierra. La energía de los

fotones del sol se puede convertir en energía eléctrica. A este proceso se le conoce

como "Efecto Fotovoltaico".

La práctica de laboratorio se hace referencia a la verificación de los parámetros de

un Inversor y de un controlador de carga, que son detalles muy importes para la

selección de equipos de un Sistema Fotovoltaico

En fase de proyecto de la instalación y de selección de los componentes que

constituyen el sistema FV, es necesario verificar la compatibilidad entre las

características eléctricas del generador FV y las del convertidor DC-AC, es decir,

del inversor.

Los parámetros principales de los que disponemos son para el generador

fotovoltaico la potencia, la tensión y la corriente producida por el mismo en las

diferentes condiciones de funcionamiento. Para el inversor necesitamos conocer:

El intervalo MPPT, que es el rango de tensión en el cual el inversor es

capaz de seguir el punto de máxima potencia.

La tensión continúa máxima de cortocircuito abierto.

La corriente máxima en entrada.

Un controlador de carga es un dispositivo limita la cantidad de energía entregada o

consumida del banco de batería, entre funciones e importancias están:

El controlador de carga funciona como un regulador de voltaje. La función

principal de un controlador es evitar que los paneles sobrecarguen la batería.

El controlador de carga es capaz de "sentir" el actual estado de voltaje de la

batería. Cuando la batería está completamente cargada, el controlador o bien

detiene o bien frena la cantidad de corriente que fluye en la batería desde las

placas solares.

Hay controladores de carga de diferentes tamaños y estos tienen que

corresponderse con el voltaje de las placas.

El controlador también debe ser capaz de manejar la máxima corriente

procedente de los paneles y que fluye a través del controlador en un momento

dado.


3

OBJETIVOS.

Objetivo General

Conocer los parámetros necesarios para una mejor elección de los inversores y

controladores de carga para un mejor aprovechamiento en un sistema

fotovoltaico.

Objetivos Específicos

Identificar el tipo de un controlador de carga (PWM o MPPT)

Conocer los tipos de inversores y su forma de onda de salida.

Verificar la variación de los parámetros de funcionamiento en relación con la

carga de un inversor.

Determinar la eficiencia de inversores y controladores de carga.


4

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

Datos para el Inversor de Onda Senoidal Pura: Vi

[V] Vshunt

[mV] Ii

[A] Vsal [V]

Isal [A]

THD [%]

VA Pi Po Eficiencia

Foco1

12.58 5 2 120.8 0.01 1.25 46.1 25.16 1.208 4.80%

12.49 7.9 3.16 120.4 0.396 2.28 47.8 39.4684 47.6784 120.80%

12.49 8.8 3.52 120.4 0.511 2.58 60.6 43.9648 61.5244 139.94%

12.4 13 5.2 119.9 0.67 3.185 80.5 64.48 80.333 124.59%

12.27 28 11.2 118.2 0.85 3.43 100.1 137.424 100.47 73.11%

12.16 28 11.2 120.3 1.07 3.016 120.4 136.192 128.721 94.51%

Foco2

12.51 20 8 119.4 1.177 3.572 140.1 100.08 140.5338 140.42%

12.24 30 12 118.5 1.379 3.95 160.6 146.88 163.4115 111.26%

12.17 25.9 10.36 117.4 1.553 4.62 180.3 126.0812 182.3222 144.61%

11.78 32.2 12.88 116.1 1.67 4.55 194.4 151.7264 193.887 127.79%

11.63 42.2 16.88 118.7 1.854 4.51 220 196.3144 220.0698 112.10%

11.46 54 21.6 116.9 2.017 3.58 238.6 247.536 235.7873 95.25%

Foco3

11.88 35.1 14.04 116.1 2.25 5.372 260 166.7952 261.225 156.61%

11.67 45.3 18.12 114.5 2.43 6.22 280.1 211.4604 278.235 131.58%

11.47 57 22.8 118 2.64 9.52 301.2 261.516 311.52 119.12%

11.42 66.5 26.6 116 2.77 4.78 320.8 303.772 321.32 105.78%

11.31 79 31.6 112.9 2.95 4.03 330 357.396 333.055 93.19%

Datos para el Inversor de Onda Senoidal Modificada:

Vi [V]

Vshunt [mV]

Ii [A]

Vsal [V]

Isal [A]

THD [%]

VA Pi Po Eficiencia

Foco1

12.64 5 2 118 0.1 29 7.6 25.28 11.8 46.68%

12.52 8.1 3.24 117.8 0.374 28.9 41.6 40.5648 44.0572 108.61%

12.52 13.1 5.24 118 0.527 29.04 62.3 65.6048 62.186 94.79%

12.54 18.9 7.56 119.1 0.687 26.67 81.4 94.8024 81.8217 86.31%

12.34 25.5 10.2 120.6 0.849 27.55 102.4 125.868 102.3894 81.35%

Foco2

12.25 31.5 12.6 119.8 0.997 30.6 119.4 154.35 119.4406 77.38%

12.43 30 12 118.9 1.205 26.07 142 149.16 143.2745 96.05%

12.31 36.5 14.6 119.8 1.371 24.82 163.3 179.726 164.2458 91.39%

12.26 42.6 17.04 120.7 1.503 26.12 180.9 208.9104 181.4121 86.84%

12.21 49.1 19.64 122.2 1.67 30.23 203.3 239.8044 204.074 85.10%

12.19 54.3 21.72 123.5 1.807 36.13 223.6 264.7668 223.1645 84.29%

Foco3

12.05 61.6 24.64 121.9 2.03 41.25 247 296.912 247.457 83.34%

12.15 61.3 24.52 119 2.17 25.7 260.2 297.918 258.23 86.68%

12.13 67.9 27.16 119.6 2.359 29.3 282.4 329.4508 282.1364 85.64%

12.04 74.9 29.96 120.2 2.55 35.27 306.4 360.7184 306.51 84.97%

11.98 80.2 32.08 120.3 2.698 40.66 324 384.3184 324.5694 84.45%

11.9 88.8 35.52 115.5 2.948 42.94 341 422.688 340.494 80.55%


5

ASIGNACIONES.

1. ¿Qué es el THD?

Es la contribución de todas las corrientes o tensiones armónicas a la

tensión o corriente fundamental, expresada como un porcentaje de las

mismas. La distorsión armónica total (THD) está regulada por el

estándar IEEE 519.

De una forma más simple se puede decir que La Distorsión Armónica

Total (THD) es la cantidad de armónicos que el equipo introduce y que

no estaban en la señal original.

En las radiocomunicaciones, menor THD significa emisión de la señal

pura sin causar interferencias con otros dispositivos

electrónicos. Mientras que en los sistemas de potencia, baja distorsión

significa reducción de picos de corriente, temperatura, emisiones y

perdidas en el núcleo de los motores.

En general para clasificar a los equipos, hoy en día podemos dar los

siguientes datos orientativos:

a) Equipos Buenos: THD inferior al 0.1%

b) Equipos Muy Buenos: THD inferior al 0.05%

c) Equipos Excelentes: THD inferior al 0.01%

¿Cómo se calcula?

Para una señal y(t), la tasa de distorsión armónica está definida por la

ecuación:

𝑻𝑯𝑫 =∑ 𝒚𝒉

𝟐∞𝒉𝟐

𝒚𝟏∗ 𝟏𝟎𝟎%

Cuando se trata de armónicos de tensión, la expresión sería la

siguiente:

𝑻𝑯𝑫𝑽 =√𝑽𝟐

𝟐 + 𝑽𝟑𝟐 + 𝑽𝟒

𝟐 +⋯

𝑽𝟏∗ 𝟏𝟎𝟎%

Cuando se trata con armónicos de intensidad o corriente, la expresión

matemática sería la siguiente:


6

𝑻𝑯𝑫𝑰 =√𝑰𝟐

𝟐 + 𝑰𝟑𝟐 + 𝑰𝟒

𝟐 +⋯

𝑰𝟏∗ 𝟏𝟎𝟎%

Si se tiene el valor eficaz total, la ecuación cambia de la manera

siguiente:

𝑻𝑯𝑫𝑰 = √(𝑰𝑹𝑴𝑺𝑰𝟏

)𝟐

− 𝟏 ∗ 𝟏𝟎𝟎%

¿Qué significa su valor?

La THD de tensión indica la distorsión de la onda de tensión.

La THDV medida proporciona información sobre fenómenos observados en

una instalación:

Un valor de THDV inferior al 5 % se considera normal. Prácticamente no existe

riesgo de mal funcionamiento en los equipos. Un valor de THDV comprendido

entre el 5 y el 8 % indica una distorsión armónica significativa. Se pueden dar

funcionamientos anómalos en los equipos.

Un valor de THDV superior al 8 % revela una distorsión armónica importante.

Los funcionamientos anómalos en los equipos son probables. Un análisis

profundo y un sistema de atenuación se hacen necesarios.

La THD de corriente indica la distorsión de la onda de corriente.

Para identificar la carga que causa la distorsión, la THD de corriente se debe

medir a la entrada y en cada una de las salidas de los diferentes circuitos.

La THDI medida proporciona información sobre fenómenos observados en

una instalación: Un valor de THDI inferior al 10 % se considera normal.

Prácticamente no existe riesgo de funcionamiento anómalo en los equipos.

Un valor de THDI comprendido entre el 10 y el 50 % revela una distorsión

armónica significativa. Existe el riesgo de que aumente la temperatura, lo que

implica el sobredimensionado de los cables y las fuentes.

Un valor de THDI superior al 50 % revela una distorsión armónica importante.

El funcionamiento anómalo de los equipos es probable. Un análisis profundo

y un sistema de atenuación son necesarios.


7

2. Determine la curva de eficiencia-potencia de ambos inversores.

A. Inversor con Onda Senoidal Pura:

B. Inversor con Onda Senoidal Modificada:

0.00%

20.00%

40.00%

60.00%

80.00%

100.00%

120.00%

140.00%

160.00%

180.00%

0 50 100 150 200 250 300 350

EFIC

IEN

CIA

POTENCIA

GRAFICA EFICIENCIA - POTENCIAINVERSOR ONDA SENOIDAL PURA

0.00%

20.00%

40.00%

60.00%

80.00%

100.00%

120.00%

0 50 100 150 200 250 300 350

EFIC

IEN

CIA

POTENCIA

GRAFICA EFICIENCIA - POTENCIAINVERSOR ONDA SENOIDAL MODIFICADA


8

3. Trace la curva de THD-potencia de ambos inversores.

A partir de los datos obtenidos en la práctica de laboratorio se obtuvieron

las gráficas que se muestran a continuación:

A. Inversor con Onda Senoidal Pura

B. Inversos con Onda Senoidal Modificada:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 50 100 150 200 250 300 350

%TH

D

POTENCIA

GRAFICA THD - POTENCIAINVERSOR ONDA SENOIDAL PURA

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 50 100 150 200 250 300 350

%TH

D

POTENCIA

GRAFICA THD - POTENCIAINVERSOR ONDA SENOIDAL MODIFICADA


9

4. ¿Es posible alimentar un transformador o un motor de inducción al inversor de

onda senoidal modificada? Explique

A. Para el caso del motor de inducción NO se puede alimentar con un

inversor de Onda Senoidal Modificada, cuando se encuentran

alimentados por una Onda Senoidal Modificada estos tienen a presentar

problemas en el arranque, el motor pasara todo el día intentando

arrancar, calentándose sin llegar a funcionar y esto puede llevar a que

se queme dentro de esté, este tipo de motor necesita estar alimentado

con una formar de Onda Senoidal Pura para su optimo desempeño.

Los motores de inducción son cargas lineales que no generan

corrientes armónicas cuando se alimentan con una tensión senoidal

pura. Pero un motor alimentado por una tensión distorsionada sufrirá

un calentamiento excesivo provocado por el efecto piel o por las

corrientes de Foucault, incrementado por las elevadas frecuencias de

las corrientes armónicas presentes. Además, si alguno de los

armónicos es de secuencia negativa – tales como el 5º y el 11º– el

campo rotatorio que generan se opone al sentido de giro del motor,

reduciendo en consecuencia el par y la eficiencia del motor. Por otro

lado, se generan pares pulsantes que ocasionan vibraciones mecánicas

producidas por la interacción de los campos magnéticos rotatorios de

los armónicos con el campo fundamental.

B. Un transformador NO puede ser alimentado con una forma de Onda

Senoidal Modificada porque puede presentar problemas como:

Alta temperaturas: Esto reducirá la vida útil del transformador.

Los dispositivos a veces se comportan de forma impredecible y pueden

experimentar subidas de tensión, lo que llevara a la destrucción de los

mismos.

También suele crear un zumbido en los equipos eléctricos, si bien esto

no es peligroso, muchas personas encuentran que el sonido es irritante.


10

5. Grafique los puntos de operación en la curva P-V del MFV para cada medición

(12VControlador PWM, 24V-Controlador PWM, 12V- Controlador MPPT, 12V-

Controlador MPPT)

12 V – Controlador PWM

24 v – Controlador PWM

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1 2

VO

LTA

JE

POTENCIA

CURVA P-V 12V PWM

0

10

20

30

40

50

60

1 2

VO

LTA

JE

POTENCIA

CURVA P-V 24V PWM


11

12 V - MPPT

6. Estime la pérdida de potencia al utilizar el controlador PWM al utilizar un voltaje

de las baterías de 12V y para un voltaje de 24V.

Como se puede observar, la siguiente imagen muestra las curvas U-I (tensión - intensidad) y U-P (tensión - potencia) de un módulo fotovoltaico típico para un sistema de 12 V:

El primer diagrama muestra el comportamiento de intensidad y tensión en el módulo fotovoltaico. Podemos observar que la intensidad, desde el rango

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1 2

VO

LTA

JE

POTENCIA

CURVA P-V 12V MPPT


12

típico de tensión de la batería (area gris), baja muy poco mientras la tensión es considerablemente más alta. Cuando multiplicamos intensidad (I) y tensión (U) para cada punto de la curva obtenemos la potencia (P) resultante para cada punto de trabajo. La curva en el segundo diagrama nos muestra la potencia en función de la tensión que nos da el módulo fotovoltaico. Se ve claramente que la potencia en el punto de máxima potencia, en el cual trabaja un regulador MPPT, es bastante mayor que la potencia que se obtiene en el rango de trabajo de un regulador PWM (el mismo rango de tensión que la batería).

7. Determine la eficiencia de cada controlador de carga.

CONTROLADORES DE CARGA

PWM

Vpanel [V]

Ipanel [A]

Vbaterias [V]

Ibaterias [A] Ppanel [W]

Pbaterias [W]

Eficiencia [%]

@ 12 V 12.9 3.5 12.85 3.56 45.15 45.746 98.70%

@ 24 V 25.5 2 25.37 2.08 51 52.7696 96.65%

MPPT

Vpanel [V]

Ipanel [A]

Vbaterias [V]

Ibaterias [A]

Ppanel [W]

Pbaterias [W]

Eficiencia [%]

@ 24 V 30.7 1.5 25.67 2.2 46.05 56.474 81.54%

@ 12 V 30.7 1.2 12.8 3.52 36.84 45.056 81.76%


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CONCLUSIONES.

Un controlador de carga es una parte esencial de cualquier sistema que carga baterías, ya sean fuentes fotovoltaicas, eólicas, hidro, fuel o redes públicas. Su propósito es mantener las baterías apropiadamente alimentadas de forma segura y a largo plazo. Las funciones básicas de un controlador de carga son bastante simples. Los controladores bloquean la corriente inversa y previenen la sobrecarga de las baterías. Algunos controladores también previenen la sobredescarga, protegen de la sobrecarga eléctrica, y muestran el estatus de la batería. Veamos una a una cada funcionalidad.

Pros de los reguladores PWM: Están construidos con una tecnología probada desde hace muchos años.

Son controladores baratos.

Están disponibles en tamaños de hasta 60 A.

Tienen una vida útil larga, la mayoría tienen un sistema de refrigeración de

calor pasiva.

Estos controladores de carga están disponibles en muchos tamaños y para

una gran variedad de aplicaciones.

Los contras de los reguladores PWM:

El voltaje nominal debe ser el mismo que el del banco de baterías.

No hay controladores únicos para tamaños por encima de 60 A DC.

Los más pequeños vienen sin accesorios.

Los controladores de carga tienen una capacidad limitada para el crecimiento

del sistema.

Los pros de los reguladores MPPT:

Los controladores de carga ofrecen un potencial de de incremento en la

eficiencia de carga de hasta un 30 % (típicamente podemos considerar al

menos el 15 %).

Estos controladores ofrecen la posibilidad de colocar paneles en serie a

voltajes superiores al banco de baterías.

Están disponibles de hasta 80 A.

Las garantías de los controladores de carga MPPT son típicamente mayores

que en las unidades PWM.

Ofrecen mayor sensibilidad para el crecimiento del sistema.


14

Los contras de los reguladores MPPT: Los controladores de carga MPPT son más caros, costando a veces el doble

que los PWM. Las unidades MPPT son generalmente más grandes en tamaño físico. El dimensionado apropiado puede ser desafiante sin las guías del fabricante.

En instalaciones muy pequeña como por ejemplo solo para alumbrado de una vivienda aislada o similar se aconseja un controlador de carga PWM, pero si nuestra instalación es más potente sin duda se debe poner un controlador de carga MPPT, por todas las razones que tendrás mas rendimiento y cuidaras más los acumuladores.

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