Caracterización de inversores CC/CA para conexión a la red

Caracterización de inversores CC/CA
para conexión a la red
Arno Krenzinger
LABSOL – Laboratório de Energia Sola
Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS
Novembro 2010
Inversores fotovoltaicos para SFCR
•
•
Transformador en baja frecuencia
• Componente comutador
•
Tiristores
•
Transistores
Transformador en alta frecuencia
•
•
•
•Comutación
Auto-comutados
Comutados por la red
Sin transformador
•
•
• 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.
Alimentación CC para los ensayos
SISTEMA Fotovoltaico Conectado a la
Red en el LABSOL (UFRGS), Porto Alegre,
BRASIL
SISTEMA Fotovoltaico Conectado a la
Red en el CIEMAT, Madrid, España
INVERSORES PARA SFCR ENSAYADOS
BANCADAS DE ENSAYO DE INVERSORES
UFRGS
CIEMAT
CONEXIÓN DEL ANALISADOR DE ENERGIA
Eficiencia de Conversión CC/CA
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
inv
•Esta eficiencia es determinada em Función de:
1. Potencia Relativa
2. Voltaje CC de entrada
3. Temperatura
ECA
ECC
PCA dt
PCC dt
Eficiência de Conversão CC / CA
(Eficiencia de Conversión CC/CA)
1
1
0.8
0.8
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0
0
0
0.2
0.4
0.6
SMA Sunny Boy 1100E
Curva Medida
Curva Teórica
0.6
SMA Sunny Boy 700U
Curva Medida
Curva Teórica
0.8
1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
PCA / PNOM
PCA / PNOM
PC A
PN OM
in v
PC A
PN OM
K0
PC A
K1
PN OM
K2
PC A
PN OM
2
1
(Eficiencia de Conversión CC/CA)
1
Eficiência de Conversão CC / CA
Eficiência de Conversão CC / CA
1
0.8
0.6
Fronius IG 15
Curva Medida
Curva Teórica
0.4
0.2
0.8
0.6
Mastervolt Sunmaster QS 2000
Curva Medida
Curva Teórica
0.4
0.2
0
0
0
0.2
0.4
0.6
PCA / PNOM
0.8
1
1.2
0
0.2
0.4
0.6
PCA / PNOM
0.8
1
Ponderación de Eficiencia Media de Conversión CC/CA
EU
CA
0, 03
0, 04
5%
10%
0, 06
10%
0, 05
20%
0,13
0,12
20%
30%
0,1
30%
0, 48
50%
0, 21
50%
0,53
75%
0, 2
100%
0, 05
100%
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
98
Eficiência CC/CA (%)
96
94
Sunways NT 4000
Tensão CC de 550V
Tensão CC de 370V
Tensão CC de 460V
92
90
88
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
PCA / PNOM
PC A
PN
in v
PC A
PN
K 0 VC C
K1 VC C
PC A
PN
K 2 VC C
PC A
PN
2
100
Eficiência CC/CA (%)
96
92
88
SMA Sunny Boy 3300TL
Tensão CC de 250V
Tensão CC de 400V
Tensão CC de 550V
84
80
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
PCA / PNOM
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
100
Eficiência CC/CA (%)
96
92
SMA Sunny Boy SWR 2000
Tensão CC de 370V
Tensão CC de 250V
Tensão CC de 160V
88
84
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
PCA / PNOM
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
93
Ingeteam Ingecon Sun 2,5
Eficiência Européia
Eficiência Californiana
Eficiência CC / CA (%)
92
91
90
89
88
80
120
160
200
240
Tensão CC (V)
280
320
360
Eficiencia del Seguidor del Punto de Máxima
Potencia (MPPT)
• 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.
SPMP
ECC
EPMP
PCC dt
PPMP dt
PPMP PFV
Gt ,
Gref
1
PMP
TC TC ,ref
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
Vi I i dt
SPMP
PMAX dt
241
Potência ( W )
Tensão ( V )
240
239
238
237
236
0
10
20
30
Tempo ( s )
40
50
60
Tensão ( V )
Eficiencia del Seguidor del Punto de Máxima Potencia
(MPPT)
1
Eficiência do MPPT ( % )
0.95
Fronius IG 15
Curva Medida
Curva Teórica
0.9
PCC
PNOM
Coeficientes
0.85
MPPT
K0 = 0,0039
K1 = 0,0023
0.8
0.75
0.7
0
0.2
0.4
0.6
PCC / PNOM
0.8
1
1.2
PCC
PNOM
M 0 M1
PCC
PNOM
Calidad de la Energía Eléctrica inyectada a la Red
Factor de Potencia
1
Vi t I i t dt
T
VRMS I RMS
P
FP
S
Distorsión Harmónica
I
THDi
n 2
I1
2
n
2
n
V
THDV
n 2
V1
Fator de Potência
Factor de Potencia
1.2
1.2
1
1
0.8
0.8
0.6
0.6
SMA Sunny Boy 3800U
Curva Medida
Curva Teórica
0.4
0.4
0.2
0.2
0
0
0
0.2
0.4
0.6
Fronius IG 30
Curva Medida
Curva Teórica
0.8
1
0
0.2
0.4
PCA / PNOM
0.6
PCA / PNOM
C0 C1
FP
C1
C2
PCA
PNOM
PCA
PNOM
C3
C3
0.8
1
1.2
Fator de Potência
Factor de Potencia
1.2
1.2
1
1
0.8
0.8
0.6
0.6
Mastervolt Sunmaster QS 2000
Curva Medida
Curva Teórica
0.4
Mastervolt Sunmaster QS 3200
Curva Medida
Curva Teórica
0.4
0.2
0.2
0
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0
0.2
Fator de Potência
PCA / PNOM
1.2
1
1
0.8
0.8
0.6
0.6
Fronius IG 15
Curva Medida
Curva Teórica
0.2
0
0
0.2
0.4
0.6
PCA / PNOM
0.8
1
1.2
0.8
1
1.2
Fronius IG 20
Curva Medida
Curva Teórica
0.4
0.2
0
0.6
PCA / PNOM
1.2
0.4
0.4
1
1.2
0
0.2
0.4
0.6
PCA / PNOM
0.8
Distorsión Harmónica de Corriente
30
30
SMA Sunny Boy 2100
Curva Medida
Curva Teórica
THD de Corrente (%f)
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5
0
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
SMA Sunny Boy 2500
Curva Medida
Curva Teórica
1.2
0
0.2
0.4
PCA / PNOM
Thd I T0 exp
0.6
PCA / PNOM
T1
PCA
PNOM
T2 exp
T3
PCA
PNOM
0.8
1
1.2
Distorsión Harmónica
30
20
Fronius IG 15
Curva Medida
Curva Teórica
THD de Corrente (%f)
25
Fronius IG 20
Curva Medida
Curva Teórica
16
20
12
15
8
10
4
5
0
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0
0.2
PCA / PNOM
Mastervolt Sunmaster QS2000
Curva Medida
Curva Teórica
THD de Corrente (%f)
8
0.6
0.8
1
1.2
PCA / PNOM
12
10
0.4
Mastervolt Sunmaster QS 3200
Curva Medida
Curva Teórica
9
6
6
4
3
2
0
0
0
0.2
0.4
0.6
PCA / PNOM
0.8
1
0
0.2
0.4
0.6
PCA / PNOM
0.8
1
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
1200
Temp Inversor
Irradiância
Potência
60
1000
Temperatura (°C)
50
800
40
600
30
400
20
200
10
0
0
-10
-200
0
4
8
12
Tempo (h)
16
20
24
Potência (W) e Irradiância (W/m²)
70
SFCR en Condiciones Normales de Operación
1200
Potência FV (Manhã)
Potência FV (Tarde)
Potência (W)
1000
800
600
400
200
0
0
200
400
600
Irradiância (W/m²)
800
1000
Limitación de Potencia por sobrecarga
1400
Temp Inversor
Irradiância
Potência
Temperatura (°C)
60
1200
50
1000
40
800
30
600
20
400
10
200
0
0
-10
-200
0
4
8
12
Time (h)
16
20
24
Potência (W) e Irradiância (W/m²)
70
Limitación de Potencia por sobrecarga
1400
Potência FV (Manhã)
Potência FV (Tarde)
1200
Potência (W)
1000
800
600
400
200
0
0
200
400
600
Irradiância ( W/m² )
800
1000
Limitación de Potencia por sobrecarga y temperatura
1400
Temp Inversor
Irradiância
Potência
Temperatura (°C)
60
1200
50
1000
40
800
30
600
20
400
10
200
0
0
-10
-200
0
4
8
12
Tempo (h)
16
20
24
Potência (W) e Irradiância (W/m²)
70
Limitación de Potencia por sobrecarga Y temperatura
1400
Potência FV (Manhã)
Potência FV (Tarde)
1200
Potência (W)
1000
800
600
400
200
0
0
200
400
600
Irradiância (W/m²)
800
1000
1200
Ensayos Térmicos de Inversores
Perdidas del inversor
Energía Térmica
Conservación de Energía
dEi dEo dEg
dt dt
dt
dEvc
dt
Modelo Matemático
T2 T1
1
FCAP
PCC
t
FD
FCAP
TINV TAMB
t
Ensayos Térmicos de los Inversores
Modelo Matemático
T2 T1
1
FCAP
PCC
t
Factor de Capacidad
Térmica
FD
FCAP
TINV TAMB
FCAP
t
1
PCC
T2 T1
t
FD
1
PCC
TINV TAMB
FD
T2 T1 FCAP
T1 TAMB t
Factor de Disipación
Térmica
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