Gestione dei sistemi fotovoltaici

Introduzione

Il dc link è sempre posto a monte dell'inverter. Il nostro obiettivo è quello di controllare la tensione Va e che la potenza fluisca dall'inverter alla rete.

I_pv = corrente a valore medio pari a quella generata dai pannelli
I_inv = corrente con andamento diverso da I_pv, ma con lo stesso valore medio.

Il valore medio di I_pv e I_inv deve essere uguale perché non vogliamo che si generi la corrente ic, perché:

• Se ic entra in C → Vi maggiore
• Se ic esce da C → Vi minore

Tutta la corrente deve fluire nell'inverter per poter immettere la potenza in rete; V deve essere costante.

È importante controllare i tempi di commutazione degli interruttori dell'inverter, in modo tale che la tensione di uscita abbia andamento alternato (valore medio nullo). Questo serve per far sì che la corrente immessa nella rete sia alternata.

Dettagli sul dc link

Il dc link è sempre posto a monte dell'inverter. Il nostro obiettivo è quello di controllare la tensione V_dc e che la potenza fluisca dall'inverter alla rete.

I_PV = corrente a valore medio pari a quella generata dai pannelli
I_inv = corrente con andamento diverso da I_PV, ma con lo stesso valore medio.

Il valore medio di I_PV e I_inv deve essere regolare poiché non vogliamo che si generi la corrente ic, per cui:

• Se ic entra in C → V_c maggiore
• Se ic esce da C → V_c minore

V = ∫ ic dt

Tutta la corrente deve fluire tutta nell'inverter per poter immettere la potenza in rete; V deve essere costante.

È importante controllare i tempi di commutazione degli interruttori dell'inverter, in modo tale che la tensione di uscita abbia andamento alternato (valore medio nullo). Questo serve per far sì che la corrente immessa nella rete sia alternata.

Circuito e filtro

Il circuito più semplice per un filtro è il seguente:

• Diverse componenti armoniche della tensione
• X_c = j ω L permette il passaggio di componenti a basse frequenze
• X_c = - j / ω C permette il passaggio di componenti ad alta frequenza

Il filtro attenua molto le frequenze > 250 Hz, ma non abbastanza (partiamo da un'onda quadra).

Tecnica PWM

Contenuto armonico senza PWM
Contenuto armonico con PWM
I_50Hz può essere 2-3 volte I_50Hz, ma X a 5 kHz è molto grande, quindi la corrente immessa in rete sarà praticamente nulla.

Diagramma di Bode del filtro

Le due impostazioni sono molto vicine per questo è difficile usare questo genere di filtro (non attenua abbastanza la terza armonica usando una sola decade dopo). Possiamo realizzare un filtro del 3^o ordine.

Filtro LCL

In uscita dall'inverter abbiamo un'onda quadra: questo significa realizzare un filtro molto complesso. Diventa più conveniente l'uso delle tecniche PWM combinato con l'uso di un filtro. Tipicamente nella pratica si tende ad usare PWM+filtro 3^o ordine (nel 5^o ordine vengono comunque eseguiti solo a kHz molto distanti).

L'uso del solo controllore PI per il controllo delle variabili sinusoidali risulta complesso. La risposta del proporzionale e gradino è una funzione esponenziale. Potremmo approssimare la sinusoidale di un'onda a scalini. Risulta molto complesso.

La soluzione è quella di trasformare il sistema trifase (v_a, v_b, v_c, i_a, i_b, i_c) in un sistema bifase.

Matrice di trasformazione

• Vantaggi:
  • Possiamo regolare separatamente P e Q usando una sola variabile:
  • La variabile diretta regola la P
  • La variabile in quadratura regola Q
  • Il sistema d'assi cartesiani ruota a velocità w. Grazie a ciò, x e y sono costanti (sistema di riferimento mobile). Avendo valori costanti possiamo usare un regolatore PI.

Cella fotovoltaica

La cella fotovoltaica è una giunzione. Più la parte superiore è sottile, più può sembrare facile ai fotoni il raggiungimento della giunzione. I fotoni, per generare le coppie elettrone-lacuna, devono possedere un certo contenuto energetico. Non tutti hanno il giusto spettro energetico (quelli a energia minore non ci arrivano, quelli che ne hanno troppa attraversano la giunzione) e questo fa sì che i pannelli abbiano un basso rendimento.

Il contatto elettrico con il circuito è realizzato sopra con una griglia cattura elettroni e sottostante modellizzato.

Circuito equivalente solare

I_sc = corrente di saturazione.
I = I₀(e^v/Vi-1): Caratteristica del diodo al buio.
Vi = n_t/9 tensone termica
K = 1,38 * 10^-23 J/K
q = 1,6 * 10^-19 C

Solitamente V_T