Gestione dei sistemi fotovoltaici

Introduzione

Il dc link è sempre posto a monte dell'inverter. Il nostro obiettivo è quello di controllare la tensione V_ac 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 → V_i maggiore V
• Se ic esce da C → V_i minore V

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 d'uscita abbia andamento alternato (valore medio nullo). Questo serve per far si che la corrente immessa nella rete sia alternata.

Il circuito più semplice per un filtro è il seguente

x_L = jωL permette il passaggio di componenti a bassa frequenza

Diverse componenti armoniche della tensione

x_C = -1/jωC 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(300 Hz) può essere 1/3 volta I(50 Hz), ma x a 5 kHz è molto grande, quindi la corrente immessa in rete sarà praticamente nulla.

Diagramma di Bode filtro

Le due impedenze sono molto vicine, per questo è difficile usare questo genere di filtro (non attenua abbastanza la terza armonica essendo una sola decade dopo).

Soltamente Vf e T=300K vale 26÷27 mV

Nell’equazione caratteristica di una comporta un coefficiente d’isotetto n dove: 1 ≤ n ≤ 2

ora abbiamo una corrente fotogenerata I_pm

i = I_pm - I₀ (e^v/nVt - 1)

v = v_oc allora 0 = I_pm - I₀ (e^voc/nVt - 1) = I_pm = I₀ (e^voc/nVt - 1) = v_oc = Vt ln(^{I_pm + I₀}/_I0 )

Valori Tipici

v_oc : 0,4 ÷ 0,6 V

Stimiamo I_pm se v_oc = 0,5 V, A = 1 dm² e rendimento η_celle 10%

P’_delle = G x η = 100 W/m²

P_delle · A_celle = 0,01 m² · 100 W/m² = 1 W

I_pm = P/V = 2 A

Se vogliamo piccola perdita di potenza dovremmo fare in modo che pon sia molto piccolo. Anche il diodo presenta delle perdite per effetto Joule (perdite di conduzione e commutazione).

Per i nostri scopi consideriamo il circuito ideale.

Quando S è chiuso (on) v_out = φ e la tensione sull’induttanza è costante V = L di/dt = cost = U

Quando S è aperto (off) l’energia immagazzinata si viene trasferita a C. Avremo quindi, un’energia maggiore di quella in ingresso dis dipendenza da ton. Questo significa che

Controllo e Algoritmi di MPPT

• Controllore proporzionale - integrale PI

RIF: segnale di riferimentoLETTO: segnale di lettura/reazione

Voglio e = 0

Il segnale in ingresso alPI non è detto che debbaesser unità di misura

In seguito viene mostrato il perché si usa un controlloPI e non un singolo proporzionale, perché:

(IN-OUT) K_P = OUT + OUT·K_P = (IN·K_P - OUT (1 + K_P))

OUT =

Con un controllore P è o simpol, perché nonposso avere Ø in ingresso

Un controllore I è regome ho e = f percio 5 = 0 (U = 0).Pero solo un controllore I preseto doti problemi, meconsente di avere Ø in ingresso. Questo permie I'mperatorecalcelo e l’integrale del segnale e = w - out

(infinito)

Nel momento in cui T_p* cambia, ad esempio aumentando, a causa del ritardo alla risposta il regolatore non entra subito in funzione, Questo genera una piccola corrente di verso opposto del condensatore rispetto alla corrente. Successivamente, quando il regolatore si rende conto del cambiamento di T_p*, quest'ultimo cambierà la corrente che il generatore può condurre, in particolare per un breve lasso di tempo verrà richiesta una corrente leggermente superiore a T_p* per permettere al DClink di scaricarsi leggermente per raggiungere il valore di tensione desiderato.

Il DClink svolge quindi l'importante ma funzione di fare da serbatoio di carica dell'impianto, in grado di mantenere v_AC = v_DC quando i_g = 0 e in grado di assorbire/perdere una corrente in quanto è richiesto dell’impianto.

L'inverter e la rete e valle sono schematizzati de due generatori di corrente

CIRCUITO CON SCARICA DEL DClink

CIRCUITO CON CARICA DEL DClink

L'inverter viene schematizzato in questo modo perché la corrente a monte di quest'ultimo non è continua. In particolare la corrente in ingresso dell'inverter non può essere continua ma deve essere portante delle commutazioni in uscita.

A = _Am/_Ap

e solo se

Am < Ap

Dal segnale può esa una tensione in cui la prima armonica è relativa a f₀ e le successive sono multipli di quest’ultima. Anche se il valore di Am delle armoniche di tensione è superiore ad A, ad alte frequenze x → 2πf L, presenta carattere predominante nell’impedenza e diminuisce fortemente il valore di ampiezza delle armoniche di corrente (non fa passare le armoniche ad alta frequenza).

V₁₂ = V₁ - V₂ ; (V₁ - V_IN) - (V₂ - V_IN) = V₁₀ - V_2N

{ V_CM = V_1N + V_2N / 2 ; 2V_CM = V_1N + V_2N V_DM = V_1N - V_2N → V_2N = V_1N - V_DM } 2V_CM = V_1N + V_2N - V_DM = 2V_1N - V_DM V_2N = V_1N - V_DM

V_1N - V_CM + V_DM / 2 ; V_2N = V_CM - V_DM / 2

Nel caso in cui abbiamo la presenza di capacito parassite dobbiamo vedere se si sviluppono correnti parassite ad alta frequenza (quando c diventa un CTO CTO)

SVANTAGGI CONTROLLO V_g e φ

• Se calcoliamo esattamente P tramite lo sfaso di V_g e φ non è detto che riusciamo a garantire Q-così perché V_g è nella sua formula;
• Essendo in gioco un filtro possiamo considerare, nel caso ideale, Z=jx=jωL. Per commettere il filtro alla rete dobbiamo usare dei conduttori che a loro volta presentano x_L (inoltre la L del filtro presenta delle tolleranze) quindi le P trasferite non sono le stesse
• L’induttore presenta saturazioni per I alte.

Allora per il controllo della potenza immessa in rete si servirà un metodo che permetterà di operare separatamente se P e Q; CONTROLLA dopo.

I_d→P

I_q→Q