Con el objetivo de reducir costes y tiempos, así como mejorar el control de las instalaciones y simplificar el proceso de obtención de energía, el equipo de investigación Tecnologías Eléctricas Sostenibles y Renovables de la Universidad de Cádiz (UCA) ha rediseñado la estructura de control de las plantas fotovoltaicas. Esta investigación se ha financiado parcialmente mediante el proyecto ‘Nuevas soluciones para la mejora de la eficiencia e integración a red de plantas eléctricas híbridas basadas en energía eólica, solar fotovoltaica y almacenamiento de energía (PHESA)’ de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía.
Los expertos de la UCA han rediseñado el sistema de convertidores, simplificando el proceso para reducir la inversión, control y mantenimiento de las instalaciones fotovoltaicas. Los investigadores han publicado el algoritmo y la estructura que han creado para que la electricidad generada llegue a la red, incluso con mejores prestaciones que con otros modelos, en la revista International Journal of Electrical Power & Energy Systems.
En primer lugar, la energía que se genera en los paneles solares tiene un voltaje bajo en corriente continua que debe elevarse para que pueda transportarse por la red. Esto se logra con el DC/DC elevador. En segundo lugar, debe convertirse de corriente continua a corriente alterna (DC/AC) mediante el inversor.
La propuesta de los expertos se basa en la mejora del sistema en el que se ha reemplazado el primero de estos convertidores por una red de impedancia llamada inversor de fuente de cuasi impedancia (qZSI). Este tipo de inversores permite la conversión DC/AC y el aumento de tensión en una sola etapa. Además, se reducen las pérdidas, los costes, la complejidad del control y permite un aumento mayor de tensión con respecto al convertidor elevador, según indican los investigadores.
Conexión en cascada de los inversores solares qZSI
Además de anular el elevador, los expertos proponen un cambio en la estructura y gestión de los inversores. Concretamente, conectan varios inversores qZSI en cascada que mejoran la fiabilidad de los sistemas, adecuándolos para aplicaciones en grandes escalas, que requieren un alto rendimiento y precisión. También elevan la tensión de manera automática cuando el sistema lo necesita.
La conexión en cascada ayuda a aumentar la capacidad del sistema. Al combinar múltiples fuentes, se puede ampliar la cantidad de tareas y su complejidad. Así, si un qZSI falla, los otros pueden seguir funcionando, lo que garantiza que el sistema en su conjunto siga siendo confiable y no cese la producción. Esto lo consiguen con un algoritmo que analiza y redistribuye el proceso de manera automática y en tiempo real. Concretamente, lo logran elevando la tensión a la entrada del inversor.
Anteriormente, no se tenía en cuenta el número de inversores conectados en el diseño del sistema y el voltaje no se reajustaba si había algún error, lo que podía provocar una reducción de potencia y riesgos para la seguridad. Con la nueva estructura, la referencia de la tensión se calcula en tiempo real en función del número de inversores que funcionan. Así, cuando alguno de ellos falla, la potencia aumenta, asegurando el buen control del sistema.
La propuesta de los investigadores ya se ha validado para ponerla en marcha en plantas fotovoltaicas, aunque los expertos continúan sus estudios para seguir mejorando esta metodología.