Los sistemas de energía para el hogar basados en fuentes de energía renovables, como la solar y la eólica, son cada vez más populares entre los consumidores y obtienen el apoyo de las agencias gubernamentales. Sin embargo, dichos sistemas requieren protección contra fallas para lograr la vida útil del producto exigida por los consumidores y aislamiento para garantizar la seguridad del consumidor. La integración de las dos funciones simplifica el diseño del sistema y reduce los costos.
Integración de la protección y el aislamiento en los sistemas domésticos de energía renovable
Los sistemas de energía para el hogar basados en fuentes de energía renovables, como la solar y la eólica, son cada vez más populares entre los consumidores y obtienen el apoyo de las agencias gubernamentales. Sin embargo, dichos sistemas requieren protección contra fallas para lograr la vida útil del producto exigida por los consumidores y aislamiento para garantizar la seguridad del consumidor. La integración de las dos funciones simplifica el diseño del sistema y reduce los costos.
Un sistema típico de energía renovable tiene múltiples partes (ver Figura 1) que operan en diferentes dominios de voltaje. En un extremo del sistema hay fuentes de energía como paneles solares, turbinas eólicas y baterías. Las principales fuentes de energía, paneles solares y turbinas eólicas, generalmente incluyen algún tipo de acondicionamiento de energía.
Para los paneles solares, este ajuste incluye un convertidor de CC-CC para suavizar el voltaje de CC bruto dependiente de la iluminación del panel y un circuito de seguimiento del punto de máxima potencia para hacer coincidir la carga del panel con su nivel de salida. Para las turbinas eólicas, una combinación de rectificador y convertidor CC-CC convierte la CA variable del generador en un voltaje CC estable. Dado que el paquete de baterías es una fuente de alimentación secundaria que puede almacenar y suministrar energía, conectarlo al enlace de CC es más complicado que conectarlo a la fuente de alimentación principal. Un controlador de carga de batería debe controlar el voltaje y la corriente suministrada al cargar la batería, regulando la energía que el sistema extrae de la batería. La detección de corriente tanto de la alimentación de CA suministrada por el inversor como de la alimentación de CC suministrada por la fuente primaria determina el flujo y la cantidad de energía que pasa a través del controlador de carga de la batería.
Esta coordinación permite que las fuentes de alimentación compartan una conexión común, llamada enlace de CC, para impulsar inversores que suministran alimentación de CA estándar al hogar. El inversor también puede devolver energía a la red cuando la producción de energía del sistema supera la demanda local. Para maximizar la eficiencia en la generación de voltaje de CA compatible con la red, los sistemas residenciales de energía alternativa suelen utilizar voltajes de enlace de CC entre 600 V y 1200 V. Los inversores en los sistemas domésticos de energía alternativa normalmente manejan de 1 kW a 30 kW y producen de 1 a 3. Fase de alimentación de CA. Funcionan cambiando el voltaje del enlace de CC a una frecuencia de aproximadamente 50 kHz bajo control de modulación de ancho de pulso (PWM). Para manejar esta frecuencia de conmutación y las altas corrientes y voltajes asociados con la alimentación de CA, los inversores suelen utilizar interruptores de transistor bipolar de puerta aislada (IGBT).
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