Dimensionado del inversor - Arturo Lara

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10. Dimensionado del inversor
En inversores autónomos los parámetros que se utilizan para realizar el dimensionado son la tensión nominal de entrada y la potencia nominal.
La tensión nominal de entrada del inversor debe coincidir con la tensión nominal de la batería de acumuladores (por ejemplo: 12, 24 o 48 V).
Para la potencia nominal del inversor se aplica el criterio de que la suma de todas las potencias de los receptores que puedan funcionar de forma simultánea no sobrepase dicha potencia nominal.
Para determinar la potencia nominal del inversor se debe trabajar con los valores de potencia aparente de los receptores y no con su potencia activa, puesto que la potencia nominal del inversor se especifica para un factor de potencia unidad. Normalmente, en todos los receptores resistivos y de alumbrado (estos últimos están obligados a llevar corregido individualmente su factor de potencia a prácticamente la unidad) la potencia activa coincide con la aparente, al tener un factor de potencia unidad. En los receptores que disponen de motores se puede obtener la intensidad que absorben de sus hojas de datos o de su placa de características para calcular la potencia aparente.
Si hay algún receptor que necesite una corriente de arranque se debe comprobar que la potencia máxima durante el tiempo necesario para el arranque es admisible en el inversor. Normalmente, los receptores eléctricos domésticos tienen tiempos de arranque muy reducidos, inferiores a 0,5 segundos.
v cabulario
Español - Inglés
Tensión nominal de entrada: input rated voltage.
Potencia nominal del inversor: rated power inverter.
Potencia aparente: apparent power.
Potencia activa: realpower.
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Unidad 3
EJEMPLO
Seleccionar el inversor más adecuado, utilizando la tabla de inversores para sistemas autónomos del apartado Mundo Técnico, para una instalación con los siguientes datos:
Tensión nominal de CA: 230 V. Tensión nominal de CC: 24 V
Frigorífico: 180 W - 0,9 A (en arranque, compresor 2 In)
Iluminación: 120 W
TV, radio y ordenador: 240 W
Bomba de agua: 80 W - 0,5 A (en arranque 3 In)
En los receptores que tienen un arranque con intensidad superior a la nominal se indica su valor en función de la intensidad nominal.
Solución:
Frigorífico:
Bomba de agua:
Potencia aparente: S = U-1 = 230 • 0,9 = 207 VA
Potencia de arranque: 207 • 2 = 414 VA
Potencia aparente: S = U • I = 230 • 0,5 = 115 VA
Potencia de arranque: 115-3 = 345 VA
Potencia nominal del inversor: Pn = 207 + 120 + 240 + 115 = 682 VA
Potencia máxima del inversor: Pmíx = 414 + 120 + 240 + 345 = 1.119 VA
En ausencia de datos se considera el tiempo de arranque de los motores in-
ferior a 0,5 segundos.
En la tabla 3.3 de inversores para sistemas autónomos del apartado Mundo Técnico, el modelo MIC 700 tiene una potencia nominal de 700 VA superior a la potencia total de 682 VA calculada y una potencia de pico en 500 ms (0,5 s) de 1.400 VA, superior a la potencia máxima de 1.119 VA calculada.
saber m s
En la placa de características de los motores figuran los datos de tensión, potencia, intensidad, factor de potencia, velocidad, rendimiento y relación entre la intensidad de arranque/intensidad nominal.
En inversores para conexión a red los parámetros que se utilizan para realizar el dimensionado son:
Potencia nominal. Debe estar entre el 80% y el 90% de la potencia del generador fotovoltaico. La potencia nominal de los generadores fotovoltaicos está calculada en condiciones CEM (temperatura de célula 25 °C e irradiancia 1.000 W/m; con espectro AM1,5) que rara vez se dan en condiciones reales. Si se calculase el inversor para el 100% de esta potencia nominal, la mayoría del tiempo el inversor estaría trabajando en condiciones de baja potencia de salida y con bajo rendimiento. Si se elige el inversor con una potencia inferior a la potencia del generador fotovoltaico, trabajará la mayor parte del tiempo en condiciones de alta potencia de salida y con rendimiento alto. Si se produce una situación de alta irradiancia y la potencia del generador sobrepasa a la del inversor, su seguidor MPP se sitúa fuera del punto de máxima potencia para proteger al inversor, sin dejar de producir energía eléctrica. La pérdida de energía que se produce con este hecho es mínima comparada con la ventaja de trabajar la mayor parte del tiempo con un rendimiento alto del inversor.
Rango de tensiones de entrada del seguidor MPP (U¡nv m¡n...LJinv máx)- Estará comprendido entre los valores máximo y mínimo que puede suministrar el generador fotovoltaico en el punto de máxima potencia. El valor máximo correspon-
Reguladores e inversores
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de a la tensión en el punto de máxima potencia con una temperatura de célula de -10 °C y el valor mínimo a la tensión en el punto de máxima potencia con una temperatura de célula de 70 °C. En los dos casos con una irradiancia de 1.000 W/m2.
L7¡nv mín Lfo mpp (70 ’C)- • • f^G mpp (-10 °C) f-Anv máx
Tensión máxima (L/máx vacfo). El inversor debe soportar la tensión máxima que puede producir el generador fotovoltaico. Esta tensión corresponde con la que produce el generador fotovoltaico en circuito abierto con una temperatura de cé- lula de -10 °C y una irradiancia de 1.000 W/m2.
v cabulario
Español - Inglés
Tensión máxima: máximum voltage.
Intensidad máxima: máximum current.
Rango de tensiones de entrada: input voltage ranga.
[9] Lfo oc (-10 °C) LAnáx yació
Intensidad máxima (I¡nv m¡íx). El inversor debe soportar la corriente máxima que puede producir el generador fotovoltaico. Esta intensidad corresponde con la intensidad de cortocircuito del generador con una temperatura de célula de 70 °C y una irradiancia de 1.000 W/m2.
[10] foi se (70 °C) ~~~ liw máx
EJEMPLO
Un generador fotovoltaico está compuesto por tres ramas, cada una con 15 módulos conectados en serie que tienen las características siguientes:
Praix=180W; Umpp = 36,0 V; Irapp = 5,0 A; Uoc = 44,0 V; Isc = 5,3 A;
a = 4,77 mA/°C; p =-149,6 mV/°C
Calcular la potencia nominal, el rango de tensiones del seguidor MPP, la tensión máxima y la intensidad máxima del inversor necesario para conexión a la red.
Solución:
1. Parámetros de un módulo fotovoltaico.
Rango de tensiones de un modulo fotovoltaico:
Valor mínimo del rango:
Umpp(7(PC) = Umpp + 0 ■ (T- 25) = 36 + (-149,6 • 10 3) - (70 - 25) = 29,268 V
Valor máximo del rango:
Vmpp(_io“c) = Umpp + 0 • (T-25) = 36 + (-149,6 ■ 10'3) ■ (-10 - 25) = 41,236 V
Tensión máxima del módulo fotovoltaico:
UocMO’C) = Ux + P ■ (T- 25) = 44 + (-149,6 ■ 10’3) • (-10 - 25) = 49,236 V
Intensidad máxima del módulo fotovoltaico:
L(70»c) = ISc + a ■ (T- 25) = 5,3 + (4,77 • 10’3) • (70 - 25) = 5,51 A
2. Parámetros del inversor.
Rango de tensiones del inversor. Se calcula para los 15 módulos conectados en serie:
Valor mínimo del rango:
Lfo mpp(70 °o = 15 • L/mpp(7o»c) = 15 • 29,268 = 439,02 V
Valor máximo del rango:
ble mpp (-10-c) = 15 • Umpp(-10°c) = 15 • 41,236 = 618,54 V
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Unidad 3
Tensión máxima que tiene que soportar el inversor:
Ugoc(-10°c> = 15 • Uocí-wo = 15 • 49,236 = 738,54 V
El inversor deberá tener un rango de tensiones del seguidor MPP que incluya el rango 439,02..618,54 V. Además, deberá soportar una tensión máxima en la entrada de 738,54 V.
Intensidad máxima que tiene que soportar el inversor. Se calcula para las tres ramas del inversor conectadas en paralelo:
ÍGsc(70’C) = 3 • I5c(70’C) = 3 • 5,51 = 16,53 A
Potencia del generador fotovoltaico:
Pcmáx = Ns • Np • Pmáx = 15 • 3 - 180 = 8.100 W
La potencia del inversor estará comprendida entre el 80% y el 90% de la potencia del generador fotovoltaico:
Pinv = 0,8...0,9 • 8.100 = 6.480...7.290 W