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

• Inversor Central

• Inversor String

• Inversor Multi-string

• Inversor integrado al módulo

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

INVERSORES PARA SFCR ENSAYADOS

BANCADAS DE ENSAYO DE INVERSORES

UFRGS

CIEMAT

CONEXIÓN DEL ANALISADOR DE ENERGIA

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

Distorsión Harmónica en la Corriente

Componentes Harmónicas en la Corriente y en el Voltaje

Influencia de la Temperatura Operacional del Inversor

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