Investigadores andaluces desarrollan un sistema 'inteligente' que mejora las plantas fotovoltaicas

El equipo de investigación Tecnologías Eléctricas Sostenibles y Renovables de la Universidad de Cádiz ha rediseñado la estructura de control de las plantas fotovoltaicas con el objetivo de reducir costes y tiempos en la producción de electricidad, así como para mejorar el control de las instalaciones al evitarse pérdidas de potencia indeseadas y simplificar el proceso de obtención de energía. Estos trabajos se han 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.

Para transformar la energía del sol en electricidad se necesitan dos tipos de convertidores, unos dispositivos que modifican la corriente para que sea compatible con el uso doméstico e industrial. Es decir, estos aparatos son los responsables de que la energía fotovoltaica captada quede disponible para su utilización en la red pública. Los expertos ha rediseñado el sistema y simplifican el proceso, de manera que se requiere menos inversión, control y mantenimiento de las instalaciones. En el artículo 'Control of PV power plants with quasi-Z-source cascaded H-bridge multilevel inverters under failure', publicado en la revista International Journal of Electrical Power & Energy Systems, los investigadores presentan 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.

La electricidad que se obtiene de los paneles no es la misma que llega a los ciudadanos. Para que sea apta para su consumo, deben realizarse una serie de transformaciones que se logran con dos convertidores distintos. En primer lugar, la energía que se genera en las placas 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), que es como se puede consumir, 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 costos, la complejidad en el control y permite un aumento mayor de tensión con respecto al convertidor elevador", indica el investigador de la Universidad de Cádiz David Carrasco, autor del artículo.

Objetivo: punto de máxima potencia

Además de anular el elevador, los expertos proponen un cambio en la estructura y gestión de los inversores. Concretamente, conectan varios qZSI en cascada que mejoran la fiabilidad de los sistemas. Esto los hace adecuados para aplicaciones en grandes escalas donde se requiere un alto rendimiento y precisión. Además, 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.

El objetivo de una planta solar es lograr el punto de máxima potencia, es decir, pretende optimizar la eficiencia y la producción de energía ajustando la tensión y la corriente para maximizar su rendimiento, incluso cuando exista algún fallo en el 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 el método.

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