Estudio y simulación de sistemas de conversión fotovoltaica-eléctrica mediante Matlab-Simulink

El presente proyecto final de carrera tiene como objetivo el desarrollo de una herramienta de simulación en Matlab/Simulink que permita la realización de experiencias descriptivas del funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos. Dicha herramienta se formula con el objetivo adicional de ayudar y apoyar el aprendizaje de los fundamentos de los sistemas de conversión fotovoltaica-eléctrica. El estudio se ha iniciado con la unidad más simple de un sistema fotovoltaico: la célula fotovoltaica. A partir de este punto se han analizado las características estáticas de esta y ha permitido desarrollar el diseño mediante Matlab/Simulink de un módulo fotovoltaico. Con el modelo de panel fotovoltaico se ha representado gráficamente el comportamiento frente a cambios de irradiancia y temperatura, factor de idealidad, resistencia interna y diferentes asociaciones internas de células fotovoltaicas. Una vez diseñado el panel, este se ha añadido a un sistema fotovoltaico autónomo. La implementación y estudio de un convertidor Buck y su sistema de control PI asociado ha permitido la configuración de una agrupación de conversión fotovoltaica-eléctrica DC/DC. El modelo creado ha servido para obtener el comportamiento de la corriente de salida DC para diferentes casos de irradiancia. También se ha ajustado manualmente el punto de máxima potencia del sistema, justificando de éste modo la necesidad de un algoritmo que realice automáticamente la acción. Los parámetros del control PI se han adecuado comparando la respuesta obtenida con el modelo perturbado en tiempo discreto. Igualmente se ha procedido en el sistema fotovoltaico conectado a red, diseñado a partir de un inversor de potencia Full-Bridge y un control de balance energético. Tras definirlos y estudiarlos teóricamente, se han simulado y ajustado los parámetros para que se comporten como un modelo real. El control de balance energético ha sido adecuado mediante un modelo perturbado en tiempo discreto. Una vez se ha asegurado el correcto funcionamiento del conjunto fotovoltaico, se ha ejecutado la simulación bajo diferentes condiciones de irradiancia y se ha estudiado el aporte energético a la red y el comportamiento de las principales variables de interés. Los resultados de las simulaciones de los sistemas fotovoltaicos diseñados han demostrado la necesidad de utilizar algoritmos de seguimiento del punto de máxima potencia. Es por ello que se ha justificado su uso y se han analizado los algoritmos más utilizados para más adelante implementarlos en Matlab/Simulink, estudiando su comportamiento ante diferentes situaciones de irradiancia y temperatura. Por último, se han unido todos los bloques diseñados anteriormente y se ha compuesto un sistema fotovoltaico conectado a red eléctrica con cargas en DC y AC. Mediante este modelo se ha podido estudiar la actuación de estos sistemas frente a diferentes niveles de irradiancia, demanda energética o incluso ante ausencia de conexionado a la red eléctrica