Emulador de perfiles de radiación para pruebas de funcionamiento de inversores de corriente DC-AC de sistemas solares fotovoltaicos

Abstract

El presente trabajo de grado se centró en el desarrollo y aplicación de un emulador de perfiles de radiación solar diseñado específicamente para la evaluación y pruebas de funcionamiento de inversores de corriente DC-AC utilizados en sistemas de energía solar fotovoltaica. Dada la creciente adopción de fuentes de energía renovable, se hace necesaria una alta confiabilidad y eficiencia en estos componentes, así como herramientas de ensayo que permitan reproducir condiciones reales de operación. El proyecto se dividió en varias etapas. En primer lugar, se realizó un exhaustivo análisis de los inversores de corriente DC-AC disponibles en el mercado, identificando sus características, modos de operación y requisitos de prueba. Luego, se diseñó y construyó el emulador de perfiles de radiación solar, que permitió reproducir patrones de radiación solar realistas y variados. La arquitectura propuesta incluyó un convertidor DC-DC controlado digitalmente y un sistema de supervisión mediante una interfaz gráfica, lo que facilitó la configuración de perfiles horarios y su monitoreo en tiempo real. La implementación del emulador se basó en algoritmos de control avanzados y una interfaz de usuario intuitiva que permite a los ingenieros configurar y supervisar las pruebas de manera eficiente. Durante la etapa de validación, el emulador demostró una precisión media del 97 % en la reproducción de la potencia esperada, con un tiempo de respuesta ante cambios abruptos de irradiancia. Finalmente, se llevaron a cabo pruebas prácticas con inversores de corriente reales en sistemas solares fotovoltaicos, utilizando el emulador de perfiles de radiación para evaluar su rendimiento en condiciones simuladas de radiación solar variable. Los resultados mostraron que el emulador permitió verificar el comportamiento del seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT), con desviaciones inferiores al 3 % respecto a los valores teóricos. Los resultados demostraron la utilidad y eficacia del emulador como herramienta de prueba y validación.

Abstract This master thesis is focused on the development and application of a solar radiation profile emulator specifically designed for the evaluation and operational testing of DC-AC power inverters used in solar photovoltaic energy systems, given that the growing adoption of renewable energy sources demands high reliability and efficiency of these components. The project was divided into several stages. First, a thorough analysis of commercially available DC-AC power inverters was conducted, identifying their characteristics, operating modes, and testing requirements. The solar radiation profile emulator was then designed and built, allowing it to reproduce realistic and varied solar radiation patterns. The emulator's implementation was based on advanced control algorithms and an intuitive user interface that allows engineers to efficiently configure and monitor tests. To this end, a series of tests and validations were carried out to ensure the emulator's accuracy and reliability in reproducing solar radiation profiles, achieving highly satisfactory results. Finally, practical tests were conducted with real-life inverters in photovoltaic solar systems, using the radiation profile emulator to evaluate their performance under simulated conditions of varying solar radiation. The results demonstrated the emulator's usefulness and effectiveness as a testing and validation tool.