Convertidores interleaved en sistemas fotovoltaicos multistring

Abstract

En el contexto mundial de búsqueda de energías alternativas, los dispositivos fotovoltaicos (FV ) se han convertido en una de las estrategias más populares para la generación de energía. En este contexto, esta tesis aborda la problemática asociada a la optimización de los sistemas de generación fotovoltaica con configuración multistring. Esta problemática está relacionada con la optimización de la eficiencia vinculada a la etapa de generación (arreglo fotovoltaico) y a la etapa de conversión dc-dc. En este sentido, resulta de interés maximizar ambas de forma simultánea. Sin embargo, lograr esta tarea no resulta sencillo, pues cumplir simultáneamente con ambos objetivos implica que, cuestiones tales como frecuencia de conmutación, modo de conducción y dimensionamiento de elementos pasivos jueguen roles contrapuestos cuando se emplean estructuras tradicionales de convertidores. Los convertidores dc-dc interleaved representan una solución a las problemáticas antes mencionadas, ya que permiten mejorar las características del ripple de corriente total y reducir las exigencias en los dispositivos semiconductores. A pesar de esto, la determinación del diseño más conveniente para esta aplicación no ha sido completamente abordada en la literatura. En primer lugar, el ripple total en estos convertidores impacta en gran medida en el factor de utilización del arreglo fotovoltaico, por lo que es necesario cuantificarlo en función de los parámetros del sistema y en condiciones prácticas de operación. Si bien existen en la literatura metodologías que permiten cuantificar el ripple total en convertidores que operan en modo de conducción continua (CCM ), el caso del modo de conducción discontinua (DCM ) no ha sido completamente caracterizado. Adicionalmente, en relación con la eficiencia, la elección del modo de conducción, de la frecuencia de conmutación y del número de fases no es un aspecto trivial. Este problema se hace más complejo cuando se consideran aspectos adicionales del sistema tales como el volumen, la vida útil y los mecanismos de disipación térmica. Considerando lo anterior, en esta tesis se propone un método para poder realizar una caracterización general del ripple total de entrada y salida en estado estacionario para convertidores interleaved operando en DCM. A partir del mismo se busca identificar en qué medida el sistema cumple con los requerimientos del arreglo fotovoltaico, dimensionar el filtro de entrada y evaluar la eficiencia del sistema. Adicionalmente, se lleva adelante un análisis de convertidores interleaved operando en CCM y DCM con distinto número de fases y frecuencias de conmutación. En tal sentido se definen figuras de mérito que permitan evaluarlos, considerando diferentes condiciones de contorno, de forma tal de maximizar la eficiencia del sistema sin comprometer los aspectos adicionales antes mencionados. Finalmente, definiendo las condiciones de contorno de la aplicación, se determina el modo de conducción, número de fases y frecuencia de conmutación que permiten obtener la mejor relación entre eficiencia, volumen y características de disipación térmica.