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Por: Bruno Moreira de Melo Guerra, director comercial para Huawei Brazil

Ha aumentado la diseminación de los sistemas solares conectados a la red, de proyectos públicos a vehículos alimentadas con energía solar. Los sistemas avanzados e inteligentes de energía son actualmente la clave para la próxima generación de redes de distribución de energía renovable.

Con el rápido crecimiento en variedad, producción y tamaño de los proyectos de energía solar y de la generación de energía en frecuencia y/o tensión regulada para cargas de diferentes tamaños, vemos una calidad cada vez mayor de la energía generada. Nuevas demandas de costo y reducción de tamaño, rendimiento, ingresos y mejora de la calidad, flexibilidad y gestión del consumo y leyes más estrictas están acelerando el ritmo de los avances en tecnologías de interfaz de red, tales como los inversores solares.

Como los armónicos afectan la calidad de la energía

Los armónicos son enteros múltiplos de la señal fundamental (voltaje o corriente en 50 o 60 Hz) y tienen efectos de corto y largo plazos en las redes, equipos conectados y electrónicos de potencia, tales como mal funcionamiento, fallas y pérdidas. Eso reduce la fiabilidad, la vida útil y la eficiencia de las redes eléctricas. Las principales desventajas de los sistemas electrónicos de energía son bajas (por debajo de 2 kHz) y/o altas emisiones de la frecuencia de armónicos.

Como sabemos, en un sistema de energía eléctrica, la carga eléctrica no lineal producirá tensión y corrientes armónicas. Los armónicos en las redes son una causa frecuente de problemas en la calidad de la energía. Ellos aumentan la corriente y la temperatura en los dispositivos conectados y conductores, además de producir caídas del voltaje armónico en la resistencia en cortocircuito de la red, influyendo en el formato de la onda de tensión. Cuanto mayor sea el valor absoluto de la corriente armónica, mayor será su influencia en la distorsión de la tensión de la red. La reducción en la corriente y en el voltaje armónico se considera deseable.

Según la norma IEC61727, la distorsión total de la corriente armónica debe ser inferior al 5% de la salida indicada en el inversor. E en la industria solar, la mayoría de los proveedores de inversores afirma en sus fichas de dados que los armónicos totales son inferiores al 3%.

Reduciendo los riesgos de los armónicos utilizando la tecnología de inversor string

El riesgo de resonancia armónica se descuida a menudo en el momento de desarrollar plantas de energía solar en grande y pequeña escala. En general, estos problemas sólo se reconocen cuando la construcción de los proyectos está cerca de terminar. Por eso, la operación comercial retrasa hasta que los problemas de armónicos se resuelvan, dejando a los desarrolladores del proyecto bajo un riesgo financiero significativo. Además, el reconocimiento tardío de los problemas puede resultar en soluciones de baja calidad y alto costo.

Así, ¿cómo se pueden eliminar los armónicos para obtener redes de primera calidad siguiendo los estándares? Los inversores string absorben y aplican tecnologías avanzadas para asegurar un mejor rendimiento en el control de los armónicos. Aquí tenemos una visión de cómo lo consiguen.

(1)  Algoritmos inteligentes: Del algoritmo inteligente, el voltaje de salida es la onda sinusoidal. Cuando hay una distorsión en la salida de la onda PWM, se verán afectados la onda salida armónica de inversor y el control. El aumento de la frecuencia de conmutación y del número de los niveles de salida PWM puede reducir la tasa de distorsión de la onda PWM. El inversor string con alta frecuencia de conmutación y topología de tres niveles será mejor que el inversor central, con baja frecuencia de conmutación y topología de dos niveles.

(2)  Mayor frecuencia de conmutación: Cuanto mayor sea la frecuencia de conmutación, mayor será el control del ancho de banda y mejor será el control de una amplia gama de ondas armónicas de corriente. Para asegurar la estabilidad, el control del ancho de banda del inversor es típicamente de cerca de 1/10 de su frecuencia de conmutación. La frecuencia de conmutación del inversor (16 kHz) es mucho más grande que la del inversor central (3 kHz para el inversor de topología de dos niveles y 9 kHz para el inversor de topología de tres niveles). Cuanto mejor sea el control del ancho, mejor será el control de la onda armónica de orden inferior.

(3)  Tecnología innovadora de filtro: La parte de alta frecuencia de la corriente fuera del ancho de banda debe ser filtrada por el filtro del inversor. Por lo general, el inversor string utiliza el filtro LCL con gran capacidad de reducción de potencia de la onda armónica de alta influenciada, poco influenciado por la resistencia de la red. Los inversores centrales utilizan el filtro LC para reducir costos, lo que influirá en el rendimiento.

(4)  Modo de filtro activo: En un arreglo fotovoltaico, varios inversores string se colocan a diferentes distancias del transformador step-up, por lo que la resistencia de la línea será diferente. La resistencia de la línea puede cambiar de manera equivalente a la inductancia LC en el filtro LCL, y los diferentes parámetros del filtro van a cambiar la fase de la onda armónica. Cuando se conectan múltiples inversores en paralelo, la onda armónica puede ser cancelada debido a la fase diferente, con el fin de reducir la onda armónica total. Con la excepción de la cancelación de la onda armónica pasiva, Huawei desarrolla el modo de filtro activo, que puede reducir la onda armónica activamente para una adaptación inteligente de la red.

El mundo está cambiando en una velocidad extremadamente alta. Junto con él, podemos ver cómo las tecnologías de energía solar están siguiendo el mismo camino, siendo una alternativa sostenible e innovadora para un futuro hiperconectado.