Calidad de la energía eléctrica en edificaciones con generación solar fotovoltaica

Abstract

One of the various solutions worldwide that contribute to the reduction of CO2 emissions as a contribution to climate change and an alternative source of electricity generation, are photovoltaic systems. These systems produce electrical energy when a solar cell absorbs photons from the sun's rays and later transmits kinetic energy to the electrons to move inside the panel and produce electrical current. This phenomenon is known as the photoelectric effect. These systems include investment electronic equipment responsible for receiving the direct current generated through photovoltaic modules and transforming it into alternating current, which is subsequently injected into the electrical system, either for generation, self-consumption or for energy storage with a battery system. Today, the generation of electrical energy with photovoltaic systems is a reality and every day they are integrated into our society in a massive way, however, due to the manufacturing components of the inverters, these systems inject a large content of harmonics into the network. For example, if said system is integrated into an educational building that is particularly made up of laboratory equipment assembled with power electronics and that contributes a high harmonic content to the electrical distribution system to which they are connected, they can generate negative effects. in the quality of the energy, which in a certain way is reflected in the malfunctioning of the equipment and in an economic impact due to the increase in corrective maintenance. For the harmonic analysis of an electrical distribution system with photovoltaic solar generation, it is necessary to establish an adaptive methodology that allows us to characterize, identify and propose a general solution for the mitigation of the phenomena that produce harmonics. As a calculation tool, the Python programming language is implemented, which allows us to recreate scenarios with high computational demands on the data obtained from the measurements of electrical parameters at the common point of connection between the photovoltaic system and the grid of the low-voltage electrical distribution system. voltage of Block I of the Julio Garavito Colombian School of Engineering University.

Una de las diversas soluciones a nivel mundial que contribuyen a la reducción de emisiones de CO2 como aporte al cambio climático y alternativa de fuente de generación de energía eléctrica, son los sistemas fotovoltaicos. Estos sistemas producen energía eléctrica cuando una celda solar absorbe los fotones de los rayos solares y posteriormente transmiten a los electrones energía cinética para desplazarse al interior del panel y producir corriente eléctrica, a este fenómeno se le conoce como efecto fotoeléctrico. Estos sistemas incluyen equipos electrónicos de inversión encargados de recibir la corriente continua generada a través de módulos fotovoltaicos y transformarla a corriente alterna, que posteriormente es inyectada al sistema eléctrico, ya sea para generación, autoconsumo o para almacenamiento de energía con sistema de baterías. Hoy en día, la generación de energía eléctrica con sistemas fotovoltaicos es una realidad y cada día se integran en nuestra sociedad de manera masiva, sin embargo, debido a los componentes de fabricación de los inversores, estos sistemas inyectan gran contenido de armónicos a la red eléctrica, por ejemplo, si dicho sistema se integra a una edificación educativa que particularmente está constituida por equipos de laboratorio ensamblados con electrónica de potencia y que aportan un alto contenido de armónicos al sistema de distribución eléctrico al que se encuentran conectados, pueden generar efectos negativos en la calidad de la energía, que en cierta forma se refleja en el mal funcionamiento de los equipos y en un impacto económico por el aumento de mantenimientos correctivos. Para el análisis de armónicos de un sistema de distribución eléctrica con generación solar fotovoltaica, se hace necesario establecer una metodología adaptativa que nos permita caracterizar, identificar y proponer una solución general para la mitigación de los fenómenos que producen armónicos. Como herramienta de cálculo se implementa el lenguaje de programación Python que nos permite recrear escenarios con alta exigencia computacional a los datos obtenidos de las mediciones de parámetros eléctricos en el punto común de conexión entre el sistema fotovoltaico y la red del sistema eléctrico de distribución en baja tensión del bloque I de la Universidad Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito.

Al realizar las simulaciones según los datos registrados con el analizador de red, fue posible caracterizar el inversor en relación al aporte de armónicos en función de producción de energía fotovoltaica y de esta forma recrear escenarios que permitieron visualizar de manera gráfica y cuantitativa el comportamiento del flujo de armónicos hora a hora. También fue posible calcular el TDD en cada instante y a su vez calcular la probabilidad cuando el sistema sobre pasa los límites del TDD establecidos por la IEEE 519. Por otro lado, la implementación de una metodología aplicada a mezclas gaussianas mixtas y cadenas de markov, nos permitió observar la media y desviación típica de cada modelo (µm y m) y obtener su caracterización, y derivado de ello, el coeficiente de variación, representando una huella dactilar de los datos registrados con el analizador de red, a su vez predecir el comportamiento del fenómeno de armónicos en un sistema de distribución de baja tensión alimentado con fuentes de generación solar fotovoltaica. Su aplicación en este trabajo supone una aproximación que abre nuevas vías para la caracterización de los modelos mixtos en la disciplina de la ingeniería eléctrica. Aunque una de las principales ventajas de la aplicación secuencial de estos procesos estocásticos es la de conocer en profundidad el comportamiento de un sistema eléctrico de baja tensión con generación solar fotovoltaica, su aplicación a lo largo del tiempo puede resultar incluso más valiosa.