Diseño de un Sistema Fotovoltaico con Baterías para Motor Trifásico de 1500 VA: Cálculo de Paneles, Baterías, Convertidores CC/CC y CC/CA y Selección de Componentes de Potencia

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Parámetros del motor

Motor: S = 1500 VA, 230 V, 50 Hz y cos φ = 0,9

Número de paneles

N.º de paneles = z.disponible (m²) / (ancho × largo) (m), redondeado hacia abajo

Tensión de salida de los paneles = tensión en máxima potencia (Vmp) = 44,3 V

Número de baterías a partir de la tensión de entrada del motor

Vdc = 230 V (Vmotor) × √2 × 2 / √3 × 1 (ma = 1) = 375,6 V

Vmax = 4 V; Vnom = 3,7 V (hoja de especificaciones de la pila); Vmin = 3,5 V

N.º bat mín = Vdc / Vmin = 375,6 / 3,5 = 107,3 baterías

Margen de error del 10 %: N.º de celdas × 1,1 = 118 → N.º de baterías = 118

V bat máx = 4 V × 118 = 472 V; V bat nom = 3,7 V × 118 = 436,6 V; V bat mín = 3,5 V × 118 = 413 V

Capacidad nominal = según hoja de especificaciones de la batería: mín. 2850 mAh = 2,85 Ah

Capacidad de la batería = V nom × N.º de celdas finales × capacidad nominal = 1244 Wh

Convertidor CC/CC: parámetro D

V panel máx = N.º de paneles (3) × tensión en circuito abierto (VOC) de la ficha técnica

D máx = 1 − (3 × V panel mín / V bat máx) = 1 − (0 / 472) = 1

D mín = 1 − (3 × V panel máx / V bat mín) = 1 − (3 × 53 / 413) = 0,615

Convertidor CC/CA: parámetros ma y mf

n = (60 × frecuencia del motor) / polos → f = 1500 × 2 / 60 = 50 Hz

V12 = 230 V (valor eficaz, fase a fase)

ma máx = 2√2 × V12 / (√3 × V bat mín) = 0,909

ma mín = 2√2 × 0 / (√3 × V bat máx) = 0

mf = f / fs

mf mín = 1000 / 50 = 20; mf máx = 1000 / 0 = ∞

Cálculo de intensidades máximas del elevador

Entrada CC/CC

Según la hoja de la placa (Imp) a 1000 W/m²: Imax = 5,54 A

Entrada batería

P máx = especificaciones de la placa a 1000 W/m²

Pi = N.º de placas × Pmax = 3 × 245 W = 735 W

Imax = Pi / V bat mín = 735 / 413 = 1,76 A

Entrada CC/CA

Pout = S × cos φ = 1500 × 0,9 = 1350 W

Imax = Pout / V dc mín = 1350 / 413 = 3,27 A

Inductancia

Este dato proviene de las placas solares al 20 %:

IL = Imp = 1,09 A → ΔIL = 0,109 A

44,3 V es la tensión del papel a 25 ºC; a 44 ºC resulta 42,7 V, y se toma 43,2 V.

Vi = Vmp = 3 × 43,2 = 129,6 V

D máx = 1 − Vi / V bat máx = 1 − (129,6 / 472) = 0,725

T = 1 / 1000 s

ΔiL = (Vi × D máx × T) / ΔIL = (129,6 × 0,725 × 0,001) / 0,109 = 0,862 H

Condensador de salida CC/CC

Imax = según hoja de la placa (Imp) a 1000 W/m²: Imax = 5,54 A

D máx y T: ver valores anteriores

Co = (Imax × (1 − D máx) × D máx × T) / (ΔV bat máx) = (5,54 × (1 − 0,725) × 0,725 × 0,001) / (472 × 0,01) ≈ 234 µF

Condensador de entrada CC/CC

L, D máx y T: ver valores anteriores

Ci = (D máx × T²) / (8 × L × (ΔVi / Vi)) = (0,725 × 0,001²) / (8 × 0,862 × 0,01) ≈ 10,51 µF

Condensador de entrada CC/CA

ITmax =

M2GwlYGA9EZNk0Qk3U3Aj3p2k4lOLRKlnbVAor35JNPzuQr1qZ0R5eP1enV1lr3NbB8QCjApEvRWvzIHQ0Cw4lQtNMEZGrOkg2WFOPuyQ57vak6dP3o8qFghRgQrjit8i51tP0yzoHhhGvv4boLEUx1wfBAdxGKdhqBOK2WdeCBB+bVl9zeI5IVgUAg5NM0QhWBhWMkLSyoEvGzQCAAoWgDgUBghhGKNhAIBGYYQbSBQCAwwwiiDQQCgRlGEG0gEAjMMIJoA4FAYEaR0v8AxZSJtyCQSsMAAAAASUVORK5CYII=

+xYAAAAAElFTkSuQmCC

MOSFET

VTmax = V bat máx = 472 V

iImax = especificaciones a 1000 W/m²: Imax = 5,54 A

iTDCmax = Iimax × D máx = 5,54 × 0,725 = 4,02 A

f = 1000 Hz

Diodo

Vdmax = V bat máx = 472 V

Id media = IL máx × (1 − D mín) = 5,54 × (1 − 0,686) = 1,74 A

f = 1000 Hz

IGBT

Vdmax = V bat máx = 472 V

ITmax = copiar la primera foto = 5,32 A

iTDCmax = 0,5 × 5,32 = 2,66 A

f = 1000 Hz

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