Proyecto de investigación
y desarrollo de un inversor fotovoltaico (cofinanciado por CDTI)

Power Electronics ha contado con la cofinanciación del Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial para el diseño y desarrollo de nuestros inversores fotovoltaicos, a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) y dentro del Programa Operativo de Crecimiento Inteligente 2014-2020.

Antecedentes

El Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial, E.P.E. (CDTI-E.P.E.) es una Entidad Pública Empresarial, dependiente del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, que promueve la innovación y el desarrollo tecnológico de las empresas españolas. Es la entidad que canaliza las solicitudes de ayuda y apoyo a los proyectos de I+D+i de empresas españolas en los ámbitos estatal e internacional. Así pues, el objetivo del CDTI es contribuir a la mejora del nivel tecnológico de las empresas españolas mediante el desarrollo de las siguientes actividades:

  • Evaluación técnico-económica y concesión de ayudas públicas a la innovación mediante subvenciones o ayudas parcialmente reembolsables a proyectos de I+D desarrollados por empresas.
  • Gestión y promoción de la participación española en programas internacionales de cooperación tecnológica.
  • Promoción de la transferencia internacional de tecnología empresarial y de los servicios de apoyo a la innovación tecnológica.
  • Apoyo a la creación y consolidación de empresas de base tecnológica.

Descripción

El proyecto emprendido por Power Electronics era desarrollar un inversor solar fotovoltaico totalmente innovador, formado principalmente por un bloque funcional de potencia y por un bloque de control. El bloque de potencia llevaría a cabo la conversión de la tensión proveniente de los arrays de paneles fotovoltaicos, y el bloque de control serviría para configurar, visualizar y monitorizar el equipo.

Las principales características que debía tener el equipo eran las siguientes:

  • Potencia hasta 3.500 kVA
  • Eficiencia mínima 98%

El desarrollo del proyecto se estructuró de la siguiente manera:

  • Estudios preliminares y requerimientos.
  • Estudio y definición de topologías.
  • Diseño y desarrollo del equipo.
  • Fabricación de prototipos.
  • Validación de prototipos.

La metodología de trabajo que se planteó en este proyecto estuvo totalmente enfocada a la consecución de los objetivos marcados por Power Electronics.

Objetivos

  • Estudiar y crear nuevas topologías de inversor solar fotovoltaico que proporcionen a la salida los valores de tensión objetivo del proyecto.
  • Analizar las técnicas de control y algoritmos de modulación asociados a la electrónica de potencia del nuevo equipo.
  • Diseñar y desarrollar un prototipo de módulo convertidor de potencia basado en tecnología de IGBTs de tres niveles para la conversión DC/AC.
  • Seleccionar los componentes electrónicos propios de las topologías bajo estudio.
  • Desarrollar el hardware del equipo inversor, tanto la envolvente como la electrónica de potencia como de control de los componentes del equipo.
  • Llevar a cabo el diseño eléctrico, electrónico y mecánico de los prototipos de acuerdo con las topologías y los diseños realizados.
  • Crear y validar un primer prototipo de inversor, tanto a nivel funcional como de cumplimiento de las especificaciones y requerimientos definidos en el proyecto.

Resultados

El estudio de requerimientos dio como resultado un documento de especificación de los requerimientos del equipo, con una descripción detallada de los mismos.

Con el estudio y definición de topologías conseguimos definir las características del nuevo Inversor, a modo de especificación de alto nivel, con los principales bloques y funciones que definirán el sistema, y los pasos a seguir para comenzar con su desarrollo.

A continuación, se inició el proceso de diseño y desarrollo del equipo con el que se obtuvieron los planos eléctricos (los cuales incluyen los diseños de la electrónica de potencia y de control del equipo), y mecánicos, así como el software asociado al equipo. En esta fase del proceso se incluyeron también las posibles modificaciones que se pueden ir llevando a cabo a lo largo del desarrollo del proyecto, como resultado de las pruebas de verificación funcional y las de validación del prototipo integrado.

Ya con los prototipos finalizados se procedió a la fase de pruebas y validación con el que se obtuvo el primer prototipo de convertidor DC/DC, validado para cumplir los requerimientos del proyecto y para funcionar bajo las condiciones y casos de uso establecidos.

Como resultado se obtuvo un inversor fotovoltaico cuya principal ventaja es la integración en un único equipo de la funcionalidad de conversión de potencia y de la transformación a Media Tensión para el posterior transporte de energía. Todo ello redunda en una disminución del coste del equipo y por lo tanto de las instalaciones fotovoltaicas. Por otra parte, el diseño mecánico optimizado del equipo y de sus sistemas de ventilación consigue incrementar la eficiencia térmica del equipo y por lo tanto la eficiencia en su funcionamiento. Finalmente, se abordaron los algoritmos de control del equipo relativos a las protecciones, gestión de huecos etc., estudiando aquellas soluciones que, cumpliendo con la normativa, mejoraran el rendimiento y el funcionamiento del inversor.

Apoyo financiero

  • Subvención concedida: 1.537.124 €
Logos Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER)

Cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) dentro del Programa Operativo de Crecimiento Inteligente 2014-2020, con el objetivo de potenciar la investigación el desarrollo tecnológico y la innovación. EXP 00096963 / IDI-20170744

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