Convertidores en los sistemas de energía
Un seguidor por perturbación y observación con pasos de 2 V encuentra enseguida el punto de máxima potencia, pero oscila y pierde casi un 2 %. Con pasos de 0,1 V es preciso, pero lento: en 40 iteraciones todavía no llegó.
01Los convertidores en la generación
La generación renovable llega a la red a través de convertidores. Un panel fotovoltaico entrega corriente continua con una característica corriente-tensión que depende de la irradiancia y la temperatura; un convertidor continua-continua lo hace trabajar en su punto de máxima potencia y un inversor inyecta esa potencia en la red. Un aerogenerador moderno produce alterna de frecuencia variable, que un convertidor espalda con espalda —rectificador activo, bus de continua e inversor— adapta a la frecuencia de la red. Los sistemas de almacenamiento en baterías usan convertidores bidireccionales que cargan o descargan según el pedido de la red.
02El punto de máxima potencia
Con el modelo de un diodo, sin resistencias parásitas, la corriente de un panel de \( N_s \) celdas en serie es:
Un panel de 60 celdas con Isc = 9 A y Voc = 38 V a 1000 W/m², con n = 1,3, a 25 °C. El seguidor arranca en 20 V y da 80 pasos: los primeros 40 con la irradiancia inicial y los otros 40 con la final. Las curvas son la potencia en función de la tensión; los puntos, el recorrido del seguidor.
Cuando hay sombras parciales, la curva de un conjunto de paneles tiene varios máximos y el algoritmo simple puede quedar en uno local; los inversores comerciales hacen barridos periódicos de toda la curva.
03El inversor conectado a la red
Un inversor conectado a la red no fija la tensión, que impone la red, sino la corriente que inyecta. Un lazo de enganche de fase (PLL) mide la fase de la red y el control genera una referencia de corriente senoidal en fase con ella, con la amplitud que corresponde a la potencia disponible; un filtro L o LCL atenúa los armónicos de la conmutación. Debe detectar la pérdida de la red y desconectarse, la protección anti-isla, y cumplir los requisitos de conexión de la distribuidora.
04Transmisión y compensación
| Sistema | Función |
|---|---|
| Transmisión en corriente continua (HVDC) | Enlaces largos o submarinos y entre redes de distinta frecuencia, con rectificadores e inversores de tiristores o con convertidores de fuente de tensión |
| Compensador estático de reactivo (SVC) | Reactores controlados por tiristores y capacitores conmutados que regulan la tensión |
| STATCOM | Un inversor que inyecta corriente reactiva capacitiva o inductiva, rápido y compacto |
| Filtro activo | Un inversor que inyecta los armónicos opuestos a los de una carga no lineal |
Los problemas que estos equipos resuelven se describieron en calidad de energía.
05En el laboratorio
Medir la curva corriente-tensión de un panel con una carga electrónica variable, a pleno sol y con sombra parcial.
Programar un seguidor de perturbación y observación en un microcontrolador que maneje un reductor, y registrar la potencia.
Implementar un PLL digital que se enganche a la tensión de red atenuada y medir su respuesta a un salto de fase.
06Errores frecuentes
- Elegir un paso de tensión sin pensar en el compromiso. Grande oscila; chico tarda en seguir los cambios de irradiancia.
- Confiar en un seguidor simple con sombras parciales. Puede quedar en un máximo local.
- Controlar en tensión un inversor conectado a la red. La red impone la tensión; hay que controlar la corriente.
- Omitir la protección anti-isla. Pone en riesgo a quien trabaja en una línea que creía desenergizada.
07Autoevaluación
¿Dónde está el punto de máxima potencia del panel del laboratorio a 1000 W/m²?
En unos 32,3 V, con 273,8 W.
¿Y a 500 W/m²?
En unos 31,0 V, con 131 W: la tensión casi no cambia, la corriente sí.
¿Qué controla un inversor conectado a la red?
La corriente que inyecta, en fase con la tensión de la red.
¿Qué hace un STATCOM?
Inyecta potencia reactiva con un inversor para regular la tensión de la red.
08Para ampliar
- Remus Teodorescu, Marco Liserre y Pedro Rodríguez. Grid Converters for Photovoltaic and Wind Power Systems. Wiley-IEEE Press, 2011. El control de los inversores conectados a la red, la sincronización y la anti-isla.
- Narain G. Hingorani y Laszlo Gyugyi. Understanding FACTS. Wiley-IEEE Press, 2000. Los compensadores estáticos y los sistemas flexibles de transmisión.
- Gilbert M. Masters. Renewable and Efficient Electric Power Systems. 2.ª ed., Wiley, 2013. La generación fotovoltaica y eólica desde el recurso hasta la red.