Utilización de ultracondensadores para la mejora de eficiencia de una instalación fotovoltaica

Resumo

INTRODUCCIÓN: La situación actual de la energía fotovoltaica requiere una reducción de costes de producción para aproximarla a otras tecnologías y consolidarla como una solución viable para el futuro que aminore los problemas derivados de la utilización de las fuentes tradicionales. Se trata fundamentalmente de reducir los costes de los componentes (los costes de explotación y mantenimiento son poco significativos en esta tecnología) y/o mejorar la eficiencia en la captación y conversión de la energía solar. La tesis plantea una propuesta en esta segunda línea. Los inversores fotovoltaicos trabajan de manera eficiente en un amplio rango de potencias de entrada, pero esa eficiencia se reduce cuando la energía disponible es pequeña, coincidiendo con situaciones de baja irradiancia. La tesis propone una posible solución para mejorar la eficiencia en la conversión en esos periodos de baja irradiancia mediante la acumulación transitoria de la energía incidente y su conversión por bloques en un régimen de potencia para el que el convertidor tenga un desempeño óptimo. En efecto, la idea primaria de la tesis consiste en utilizar una batería de ultracondensadores que sirvan de almacén transitorio de la energía fotovoltaica cuando su potencia de generación es tan baja que el convertidor trabajaría con bajo rendimiento. Durante el periodo de acumulación el convertidor no operaría y solo cuando la energía acumulada hubiera alcanzado un cierto nivel se haría trabajar al inversor, que además lo haría a un régimen de potencia en el que su rendimiento fuera máximo. De esta forma toda la energía fotovoltaica que a priori se procesaría con grandes pérdidas, lo haría de esta forma con un rendimiento óptimo. El sistema que permitirá desarrollar esta idea se ha denominado MODEN: Modulador de Energía. El objetivo general de la tesis consiste en analizar la viabilidad de mejorar la eficiencia de una instalación fotovoltaica utilizando una estrategia MODEN. Los objetivos particulares propuestos para el trabajo de investigación han sido: * Estudiar las líneas de investigación abiertas destinadas a mejorar el desempeño de los sistemas fotovoltaicos, para buscar posibles planteamientos equivalentes y analizar cómo podría encajar la idea propuesta dentro de los futuros sistemas resultantes de la aplicación de los nuevos desarrollos. * Estimar la mejora que podría obtenerse por la aplicación de la idea propuesta. ¿ Construir modelos suficientemente representativos para simular el comportamiento de los sistemas propuestos. * Simular diversas implementaciones de la idea MODEN y obtener resultados de la posible mejora de eficiencia obtenida en una instalación patrón en distintas circunstancias. * Construir un prototipo de sistema MODEN e instalarlo en una planta real de producción para verificar su funcionamiento. * Evaluar el comportamiento real del sistema MODEN mediante la correspondiente toma de muestras y su comparación con otros inversores de la misma instalación. * Comparar los resultados reales con los obtenidos mediante simulación con el fin de validar los modelos empleados. * Extrapolar los resultados obtenidos y concluir la viabilidad de la idea planteada. CONTENIDO DE LA INVESTIGACIÓN: La descripción del trabajo desarrollado, objeto de esta memoria, se estructura en los siguientes capítulos: o El capítulo primero contiene el planteamiento y objetivos de la tesis. o El capítulo dos recoge los resultados de la investigación realizada sobre las actuales líneas de investigación y desarrollo tendentes a mejorar la eficiencia en las instalaciones fotovoltaicas para situar el contexto de este trabajo. o En el capítulo tres se plantean los fundamentos del sistema MODEN desde distintos puntos de vista con el objetivo de estimar de manera teórica la posible mejora que podría obtenerse con la implementación de esta idea. o En el capítulo cuatro se describen las alternativas contempladas para elaborar un modelo suficientemente representativo de una instalación fotovoltaica con el sistema MODEN que permitiera su simulación en distintas circunstancias. Finalmente se elabora el modelo deseado. o En el capítulo cinco se desarrollan dos implementaciones de la idea MODEN y se describe el simulador desarrollado para su análisis. Se presentan y analizan los resultados obtenidos durante la simulación de los sistemas propuestos. o El capítulo seis se dedica a la descripción de la implementación hardware del sistema MODEN y de los equipos de medida y monitorización que lo acompañan. Se comprueba en planta el funcionamiento del equipo y se presentan y analizan los datos recogidos durante su periodo de funcionamiento. o El capítulo siete presenta las conclusiones finales obtenidas en el desarrollo del trabajo. CONCLUSIÓN: A lo largo del trabajo se ha analizado la potencialidad del sistema MODEN utilizando una doble vía: Mediante simulación y mediante la evaluación del funcionamiento de un prototipo del equipo MODEN en una planta fotovoltaica. De los análisis realizados se deduce la mejora de eficiencia que proporciona la aplicación de la estrategia MODEN a una planta de generación fotovoltaica. BIBILIOGRAFÍA: La tesis incluye una extensa bibliografía (con más de 330 referencias) que ha sido utilizada en el desarrollo de los distintos capítulos.