caracterización de inversores cc/ca para conexión a la red
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Dr. Arno Krenzinger. UFRGS. BrasilXVII Simposio Peruano de Energia SolarIV Conferencia Latinoamericana de Energía Solar Blog: solucionessolares.blogspot.comTRANSCRIPT
LABSOL – Laboratório de Energia SolaUniversidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS
Caracterización de inversores CC/CA para conexión a la red
Arno Krenzinger
Novembro 2010
Inversores fotovoltaicos para SFCRInversores 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/CAEficiencia de Conversión CC/CA
dtP
dtP
E
E
CC
CA
CC
CAinv
•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 / PNO M
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1E
ficiê
ncia
de
Con
vers
ão
CC
/ C
A
SM A Sunny B oy 700UC urva M edidaC urva Teórica
2
210NOM
CA
NOM
CA
NOM
CA
NOM
CA
inv
P
PK
P
PKK
P
P
P
P
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNO M
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
SM A Sunny Boy 1100ECurva M edidaCurva Teórica
(Eficiencia de Conversión CC/CA)(Eficiencia de Conversión CC/CA)
(Eficiencia de Conversión CC/CA)(Eficiencia de Conversión CC/CA)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNO M
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Efic
iênc
ia d
e C
onve
rsã
o C
C /
CA
F ron ius IG 15Curva M edidaCurva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNO M
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Efic
iên
cia
de
Co
nve
rsã
o C
C /
CA
M astervo lt Sunm aster Q S 2000C urva M edidaC urva Teórica
Ponderación de Eficiencia Media de Conversión CC/CAPonderación de Eficiencia Media de Conversión CC/CA
%100%50%30%20%10%5 2,048,01,013,006,003,0 EU
%100%75%50%30%20%10 05,053,021,012,005,004,0 CA
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 CCEficiencia de Conversión CC/CA en Función del Voltaje CC
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PC A / PN O M
88
90
92
94
96
98
Efic
iênc
ia C
C/C
A (
%)
S unw ays N T 4000Tensão C C de 550VTensão C C de 370VTensão C C de 460V
2
210N
CACC
N
CACCCC
N
CA
N
CA
inv
P
PVK
P
PVKVK
P
P
P
P
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PC A / PN O M
80
84
88
92
96
100
Efic
iênc
ia C
C/C
A (
%)
SM A Sunny Boy 3300TLTensão C C de 250VTensão C C de 400VTensão C C 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
Eficiencia de Conversión CC/CA
en Función del Voltaje CC
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PC A / PN O M
84
88
92
96
100
Efic
iênc
ia C
C/C
A (
%)
SM A Sunny Boy SW R 2000Tensão C C de 370VTensão C C de 250VTensão C C 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 de Conversión CC/CA
en Función del Voltaje CC
Eficiencia Media en Función del Voltaje CCEficiencia Media en Función del Voltaje CC
80 120 160 200 240 280 320 360
Tensão CC (V)
88
89
90
91
92
93E
ficiê
nci
a C
C /
CA
(%
)
Ingeteam Ingecon Sun 2,5Eficiência EuropéiaEficiência C aliforn iana
Eficiencia del Seguidor del Punto de Máxima Potencia (MPPT)
Eficiencia del Seguidor del Punto de Máxima Potencia (MPPT)
dtP
dtP
E
E
PMP
CC
PMP
CCSPMP
• 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
G
GPP ,
, 1
Determinación de la Eficiencia del Seguidor del punto de Máxima Potencia (MPPT)
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
Tem po ( s )
236
237
238
239
240
241
Te
nsão
( V
)
Tensão ( V )
Pot
ênci
a (
W )
dtP
dtIV
MAX
ii
SPMP
Eficiencia del Seguidor del Punto de Máxima Potencia (MPPT)
Eficiencia del Seguidor del Punto de Máxima Potencia (MPPT)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PC C / PN O M
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1E
ficiê
ncia
do
MP
PT
( %
)
Fronius IG 15Curva M edidaCurva Teórica
C oefic ientes
K0 = 0,0039
K1 = 0,0023
NOM
CC
NOM
CC
NOM
CC
MPPT
P
PMM
P
P
P
P
10
Calidad de la Energía Eléctrica inyectada a la RedCalidad de la Energía Eléctrica inyectada a la Red
RMSRMS
ii
IV
dttItVT
S
PFP
1
Factor de Potencia
Distorsión Harmónica
1
2
2
I
I
THD nn
i
1
2
2
V
V
THD nn
V
Factor de PotenciaFactor de Potencia
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNO M
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fat
or d
e P
otên
cia
SM A Sunny Boy 3800UC urva M edidaC urva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNO M
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fronius IG 30C urva M edidaC urva Teórica
3
3
1
210
C
NOM
CA
C
NOM
CA
P
PC
P
PCCC
FP
Factor de PotenciaFactor de Potencia
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNO M
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fat
or d
e P
otên
cia
M astervo lt S unm aster Q S 2000Curva M edidaCurva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNO M
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
M astervolt Sunm aster Q S 3200C urva M edidaC urva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNO M
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fat
or d
e P
otên
cia
F ron ius IG 15C urva M edidaC urva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNO M
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fronius IG 20Curva M edidaCurva Teórica
Distorsión Harmónica de CorrienteDistorsión Harmónica de Corriente
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNO M
0
5
10
15
20
25
30
TH
D d
e C
orre
nte
(%f)
SM A Sunny Boy 2100C urva M edidaC urva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNO M
0
5
10
15
20
25
30
SM A Sunny Boy 2500C urva M edidaC urva Teórica
NOM
CA
NOM
CAI P
PTT
P
PTTThd 3210 expexp
Distorsión HarmónicaDistorsión Harmónica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNO M
0
5
10
15
20
25
30
TH
D d
e C
orre
nte
(%f)
F ron ius IG 15C urva M edidaC urva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
PCA / PNO M
0
4
8
12
16
20
Fronius IG 20C urva M edidaC urva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNO M
0
2
4
6
8
10
TH
D d
e C
orre
nte
(%f)
M astervo lt S unm aster Q S2000C urva M edidaC urva Teórica
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PCA / PNO M
0
3
6
9
12
M astervolt S unm aster Q S 3200C urva M edidaC urva Teórica
Distorsión Harmónica en la CorrienteDistorsión Harmónica en la Corriente
Componentes Harmónicas en la Corriente y en el VoltajeComponentes Harmónicas en la Corriente y en el Voltaje
Influencia de la Temperatura Operacional del InversorInfluencia de la Temperatura Operacional del Inversor
SFCR en Condiciones Normales de OperaciónSFCR en Condiciones Normales de Operación
0 4 8 12 16 20 24
Tem po (h)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70T
empe
ratu
ra (
°C)
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
Pot
ênci
a (W
) e
Irra
diân
cia
(W/m
²)Tem p InversorIrrad iânciaPotência
0 200 400 600 800 1000
Irradiância (W /m ²)
0
200
400
600
800
1000
1200P
otên
cia
(W)
Potência FV (M anhã)Potência FV (Tarde)
SFCR en Condiciones Normales de OperaciónSFCR en Condiciones Normales de Operación
Limitación de Potencia por sobrecargaLimitación de Potencia por sobrecarga
0 4 8 12 16 20 24
Tim e (h)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70T
empe
ratu
ra (
°C)
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Pot
ênci
a (W
) e
Irra
diân
cia
(W/m
²)
Tem p InversorIrrad iânciaPotência
0 200 400 600 800 1000
Irrad iância ( W /m ² )
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Pot
ênci
a (W
)Potência FV (M anhã)Potência FV (Tarde)
Limitación de Potencia por sobrecargaLimitación de Potencia por sobrecarga
0 4 8 12 16 20 24
Tem po (h)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
Tem
pera
tura
(°C
)
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Pot
ênci
a (
W)
e Ir
radi
ânci
a (W
/m²)Tem p Inversor
Irrad iânciaPotência
Limitación de Potencia por sobrecarga y temperaturaLimitación de Potencia por sobrecarga y temperatura
0 200 400 600 800 1000 1200
Irradiância (W /m ²)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Pot
ênci
a (W
)Potência FV (M anhã)Potência FV (Tarde)
Limitación de Potencia por sobrecarga Y temperaturaLimitación de Potencia por sobrecarga Y temperatura
Ensayos Térmicos de InversoresEnsayos Térmicos de Inversores
Perdidas del inversor Energía Térmica
Conservación de Energía
dt
dE
dt
dE
dt
dE
dt
dE vcgoi
Modelo Matemático
tTT
F
FtP
FTT AMBINV
CAP
DCC
CAP
112
Ensayos Térmicos de los InversoresEnsayos Térmicos de los Inversores
Modelo Matemático
tTT
F
FtP
FTT AMBINV
CAP
DCC
CAP
112
Factor de CapacidadTérmica
12
1
TT
tPF CC
CAP
Factor de DisipaciónTérmica
AMBINV
CCD TT
PF
1
tTT
FTTF
AMB
CAPD
1
12
Factor de Capacidad Térmica y Factor de Disipación Térmica de los Inversores
Factor de Capacidad Térmica y Factor de Disipación Térmica de los Inversores
InversorFCAP
(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