Cálculo y validación mediante simulación de un inversor monofásico fotovoltaico de 5 kW conectado a red

Abstract

[ES] El presente trabajo fin de grado tiene como objetivo diseñar y validar un inversor monofásico de 5 kW para instalación fotovoltaica de conexión a red. En la conexión a red de arrays fotovoltaicos de media potencia, una opción habitual es el uso de un inversor monofásico en puente completo entre los paneles fotovoltaicos y la red monofásica. En esta configuración, el inversor se encarga simultáneamente de inyectar una corriente de baja distorsión armónica y factor de potencia unitario a la red, y de regular su tensión continua de entrada, que coincide con la tensión suministrada por el array, para obtener la máxima potencia posible, operando en el punto de máxima potencia (PMP). Este TFG consiste en el cálculo, selección de componentes, y evaluación por simulación de un convertidor monofásico en puente completo de 5 kW con las siguientes especificaciones:  Entrada: Array de módulos fotovoltaicos de 250 W y 30 V en el PMP. La tensión del array tendrá un valor aproximado de 380 V en el PMP.  La tensión de salida será de 230 V eficaces ± 10% con una frecuencia de 50 Hz ± 1  Características de la corriente de salida: corriente de baja distorsión (THD < 5%) con un factor de potencia FP>98%. Debe cumplir la normativa de emisión de armónicos IEEE 1547 y UNE-EN 61000-3-12  Modulación PWM unipolar.  Frecuencia de conmutación de entre 10 y 20 kHz. Realizar un estudio del rendimiento con IGBTs de varios fabricantes  Rendimiento del 97% para la potencia nominal.

[EN] The aim of this thesis is to design and validate a single-phase 5 kW inverter for a grid-connected photovoltaic installation. In grid-connected photovoltaic arrays, it is common to use a full bridge inverter between the array and the grid. The inverter has to inject a current with a low harmonic distortion and a unity power factor with the grid voltage. Also, the inverter must control the DC voltage at its input, in order to take the maximum power from the array at each moment. In this thesis, it is carried out the calculation, selection of components, and evaluation by simulation of a single-phase full-bridge inverter with the following specifications: ¿ Input: Modules of approximately 250 W and 30 V at the MPP. The array voltage will have approximately 380 V at the MPP. ¿ Output voltage of 230 V (RMS) ± 10% with a frequency of 50 Hz ± 1 ¿ Output current characteristics: low harmonic distortion (THD<5%) with a PF > 98%. Must comply with the harmonic emission regulations IEEE 1547 and UNE-EN 61000-3-12 ¿ Unipolar PWM ¿ Switching frequency between 10 and 20 kHz. Study of the performance with IGBTs from various manufacturers. ¿ 97% efficiency for nominal power.