Cogeneración de energía eléctrica usando sistemas solares térmicos y convertidores multinivel

Abstract

En la actualidad existe una motivación hacia el uso de energías renovables en la generación de energía elétrica, tanto por los niveles de contaminación, como la necesidad energética per cápita. Dentro de las diferentes formas de generación de energías limpias, se encuentran los colectores solares, una tecnología todavía en estudio y que no se encuentra en la actualidad comercialmente activa. El enlace entre la energía generada y la red eléctrica son los inversores multinivel, que son dispositivos electrónicos que transforman energía de corriente directa a corriente alterna, con un voltaje y frecuencia deseados por el usuario, dado que las energías deben de estar en sincronía. El presente trabajo de tesis se centra en el estudio de los colectores solares de disco parabólico y los inversores multinivel NPC trifásicos de tres niveles, donde se desarrolla el modelo matemático de ambos sistemas, un controlador adecuado y un prototipo de pruebas. En el capítulo 1 se establece la problemática a resolver, las diferentes fuentes de energías renovables, así como las diversas topologías de inversores multinivel que existen. Se muestra además el estado del arte y las principales contribuciones del presente trabajo. A continuación en el capítulo 2, se presenta el modelo matemático del colector solar de disco parabólico y la validación del mismo mediante simulaciones numéricas en Matlab 2011, tomando en cuenta la base de datos del sistema metereológico nacional. Enseguida en el capítulo 3, se muestra la topología usada de inversor multinivel, el desarrollo del modelo matemático, las transformaciones equivalentes desarrolladas y validación mediante simulaciones numéricas. En el capítulo 4, se tiene el desarrollo de algoritmos de jación de fase, para la ontención del ángulo de fase de la red eléctrica, en su versión monofásica y trifásica. Posteriormente en el capítulo 5, se desarrolla el prototipo multinivel con las transformaciones equivalentes y el algoritmo de jación de fase, además de implementar una ley de control que garantice el funcionamiento del mismo. Se muestra además, las simulaciones numéricas llevadas a cabo y los resultados experimentales.