Diseño e implementación de un inversor solar monofásico de 1,5kW

Abstract

[ES] El objetivo principal de este Trabajo Fin de Máster es el desarrollo e implementación de un inversor solar monofásico de 1.5kW para aplicaciones de generación solar fotovoltaica. El diseño del modelo se realizará en un entorno de simulación para conexión a red y frente a carga aislada. No se contemplará en la solución, la implementación de sistemas de seguimiento del punto de máxima potencia, sino el funcionamiento del inversor a través de un sistema de generación de tensión continua fija. Sin embargo, para el modelo de conexión a red, sí incluiremos el diseño de un control de la corriente inyectada a la red. Para el modelo conectado a una carga aislada, se realizará un control de la tensión aplicada a la carga. Dada la gran complejidad de implementar un lazo de control de fase para conexión a red, se realizará un prototipo para el modelo de conexión a carga aislada. A partir de este, seleccionaremos todos los elementos necesarios para construir dicho prototipo. Este incluirá sensores de tensión y corriente, el filtro y el microprocesador entre otros. Seguidamente, diseñaremos un sistema de control del inversor basado en NODEMCU, incluyendo la monitorización y realimentación necesarias, la generación de señales PWM mediante portadora triangular simétrica y la caracterización de los sensores de medida. Además, incluiremos un interfaz entre el usuario y el prototipo mediante comunicación tipo Bluetooth que permita al usuario operar este mediante un smartphone. Para concluir, realizaremos una serie de ensayos mediante los cuales observaremos, en primer lugar, cómo se están generando realmente las señales PWM. En segundo lugar, cómo está leyendo el sensor de tensión y finalmente observaremos cual es la respuesta de nuestro inversor ante variaciones de la carga.

[EN] The main objective of this Master Thesis is the development and implementation of a 1.5kW single-phase solar inverter for solar applications. The design of the model will be carried out in a simulation environment for grid connection and isolated load. The implementation of maximum power point tracking systems will not be considered in the solution, but the inverter operation through a fixed DC voltage generation system. However, for the grid-connected model, we will include the design of a control of the current injected to the grid. For the model connected to an isolated load, we will control the voltage applied to the load. Given the great complexity of implementing a phase control loop for grid connection, a prototype will be made for the isolated load connection model. From this, we will select all the necessary elements to build the prototype. This will include voltage and current sensors, the filter, and the microprocessor among others. Then, we will design an inverter control system based on NODEMCU, including the necessary monitoring and feedback, the generation of PWM signals through a symmetrical triangular carrier and the characterization of the measurement sensors. In addition, we will include an interface between the user and the prototype via Bluetooth communication that allows the user to operate the prototype using a smartphone. To conclude, we will perform a series of tests by which we will observe, firstly, how the PWM signals are being generated. Secondly, how the voltage sensor is capturing and finally we will observe how our inverter responds to load variations.

[CAT] L'objectiu principal d'aquest Treball Fi de Màster és el desenvolupament i implementació d'un inversor solar monofàsic de 1.5kW per a aplicacions de generació solar fotovoltaica. El disseny del model es realitzarà en un entorn de simulació per a connexió a xarxa i enfront de càrrega aïllada. No es contemplarà en la solució, la implementació de sistemes de seguiment del punt de màxima potència, sinó el funcionament de l'inversor a través d'un sistema de generació de tensió contínua fixa. No obstant això, per al model de connexió a xarxa, sí que inclourem el disseny d'un control del corrent injectat a la xarxa. Per al model connectat a una càrrega aïllada, es realitzarà un control de la tensió aplicada a la càrrega. Donada la gran complexitat d'implementar un llaç de control de fase per a connexió a xarxa, es realitzarà un prototip per al model de connexió a càrrega aïllada. A partir d'aquest, seleccionarem tots els elements necessaris per a construir aquest prototip. Aquest inclourà sensors de tensió i corrent, el filtre i el microprocessador entre altres. Seguidament, dissenyarem un sistema de control de l'inversor basat en *NODEMCU, incloent el monitoratge i realimentació necessàries, la generació de senyals *PWM mitjançant portadora triangular simètrica i la caracterització dels sensors de mesura. A més, inclourem una interfície entre l'usuari i el prototip mitjançant comunicació tipus *Bluetooth que permeta a l'usuari operar est mitjançant un telèfon intel·ligent. Per a concloure, realitzarem una sèrie d'assajos mitjançant els quals observarem, en primer lloc, com s'estan generant realment els senyals *PWM. En segon lloc, com està llegint el sensor de tensió i finalment observarem com és la resposta del nostre inversor davant variacions de la càrrega.