Comparación de convertidores MPPT multinivel para el seguimiento del punto de máxima potencia en paneles fotovoltaicos

Abstract

En gran parte del mundo las instalaciones de sistemas solares fotovoltaicos han presentado un incremento elevado en los últimos tiempos aprovechando de mejor manera los recursos energéticos disponibles. Las energías renovables no convencionales como lo es la energía fotovoltaica son capaces de minimizar el exceso de contaminación al medio ambiente. La célula fotovoltaica es la encargada de captar la energía contenida de la radiación solar y transformarla en energía eléctrica; desafortunadamente, la eficiencia de la conversión de energía de los paneles fotovoltaicos tiende a ser baja porque no aprovecha la energía necesaria proveniente del sol, las células fotovoltaicas tienen una curva característica de operación (voltaje vs corriente), en el cual se refleja cualquier punto de funcionamiento, dentro de esta curva existe un punto en particular conocido como punto de máxima potencia (MPP), en el cual la celda solar suministra la potencia máxima de salida a una carga (Cruz-Monsalve et al., 2020). La eficiencia de una instalación fotovoltaica depende de diferentes factores como lo es: la eficiencia del módulo fotovoltaico, la eficiencia del inversor y la eficiencia del algoritmo de búsqueda del punto de máxima potencia o MPPT. Para mejorar la eficiencia del módulo fotovoltaico y del inversor se requiere de avances científicos y tecnológicos lo cual demanda tiempo y pueden llegar a ser costoso. Por otra parte mejorar la búsqueda del punto de máxima potencia (MPP) con convertidores multinivel es más fácil y representan menos costo, lo que conllevaría a un aumento en la generación de potencia en los sistemas fotovoltaicos (PV) (P.Telechea, 2015). Dentro de los algoritmos de MPPT existe una gran variedad de técnicas, entre sus más destacadas y conocidas esta: Perturbar y observar (P&O), conductancia incremental y voltaje fraccional de circuito abierto (fvoc) entre otros. La integración del sistema fotovoltaico a la red se puede clasificar según la topología del convertidor en topologías centralizadas y Multi-String. La topología más simple es la topología centralizada que consta de un convertidor conectado a una gran cantidad de módulos fotovoltaicos, su rendimiento energético se reduce durante el sombreado parcial o el desajuste de módulos, esto es el resultado de usar solo un MPPT para una gran cantidad de cadenas fotovoltaicas. Por otro lado, en la topología de cadenas múltiples, cada cadena fotovoltaica tiene su propio MPPT independiente, lo que dará como resultado un alto rendimiento energético. Sin embargo, la implementación independiente del MPPT requiere el uso de un convertidor CC-CC que contribuye a la complejidad de la topología y al costo total (Bashir et al., 2020). En el trabajo de investigación se realiza una revisión y comparación del convertidor modular multinivel MMC y del convertidor BOOST híbrido multinivel, y se busca la mejor alternativa para el seguimiento del punto de máxima potencia en paneles fotovoltaicos.