Analysis of the conversion efficiency and THD of DC/AC converters used in off-grid Photovoltaic generation system
DOI:
https://doi.org/10.22517/23447214.24807Palabras clave:
Experimental Design, Total Harmonics Distortion (THD), Efficiency, Inverter.Resumen
Este artículo presenta un análisis experimental de la eficiencia de conversión y la distorsión armónica total (THD) de dos prototipos de convertidores DC/AC diseñados para sistemas de generación fotovoltaica aislados de la red (OPGS). El objetivo es determinar la influencia de dos factores controlables, el voltaje DC de entrada y el porcentaje de carga nominal conectada a la salida sobre el desempeño de los convertidores. Los prototipos, basados en modulación SPWM unipolar, fueron implementados mediante software de simulación y evaluados bajo un diseño experimental factorial. Se aplicaron métodos estadísticos, incluyendo ANOVA, para analizar el efecto de cada factor y su interacción sobre las dos variables de respuesta: eficiencia y THD. Los resultados mostraron que, para el primer prototipo, la eficiencia es independiente del voltaje DC de entrada pero dependiente de la carga, mientras que la THD está influenciada por ambos factores. En el segundo prototipo, tanto la eficiencia como la THD se ven afectadas por las variaciones de ambos factores, y la THD presenta inestabilidad debido a la resonancia de la red LC. La comparación revela que ubicar el filtro LC después del transformador mejora ligeramente la THD, pero reduce la eficiencia debido a mayores pérdidas por armónicos. Estos hallazgos son relevantes para optimizar el diseño de inversores en sistemas fotovoltaicos aislados.
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M. Albakri, A. Darwish, and P. Twigg, “A Comprehensive Review of DC/AC Single-Phase Differential-Mode Inverters for Low-Power Applications,” *Electronics*, vol. 13, no. 13, p. 2474, 2024. https://doi.org/10.3390/electronics13132474.
MDPI Energies, “A Comparative Review of Three Different Power Inverters for DC–AC Applications,” *Energies*, vol. 16, no. 21, p. 7254, 2023. https://doi.org/10.3390/en16217254
S. Shrestha et al., “A Comparative Analysis of Transformer-less Inverter Topologies for Grid-Connected PV Systems,” *arXiv preprint arXiv:2501.08103*, 2025.
M. Bouzguenda and T. Selmi, “Review of DC-AC converters for photovoltaic conversion chains,” *International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS)*, vol. 12, no. 2, pp. 886–901, 2021.https://doi.org/10.1007/978-981-19-7728-2_15
R. Chaurasia and S. B. Singh, “Performance Analysis of Multi-level DC–AC Inverter for Solar Power Application,” in *Recent Advances in Power Electronics and Drives*, Springer, 2023.
H. Gutierrez and R. De la Vara, *Analysis and Design of Experiments*, 2nd ed., McGraw-Hill, 2016.
G. A. Rampinelli, A. Krenzinger, and F. Chenlo Romero, “Mathematical models for efficiency of inverters used in grid connected photovoltaic systems,” *Renewable and Sustainable Energy Reviews*, vol. 34, pp. 578–587, 2014. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.03.047
J. D. Gallego-Gomez, J. B. Cano-Quintero, and N. Muñoz-Galeano, “Deducción de pérdidas de potencia por conducción en inversores modulación senoidal de ancho de pulso, SPWM,” *Información Tecnológica*, vol. 26, no. 3, pp. 111–122, 2015.https://doi.org/10.4067/S0718-07642015000300015
Busso, C. Cadena, and L. Vera, “Determinación de la eficiencia de conversión del inversor empleado en un sistema de generación fotovoltaica conectado a red instalado en el nordeste argentino,” *Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente*, vol. 15, pp. 17–24, 2011.
Beltrán Telles et al., “Análisis de calidad de la energía de inversor de puentes H y control SPWM,” *Ingeniería Energética*, vol. 41, no. 1, pp. 1–11, 2020.
D. Montgomery, *Design and Analysis of Experiments*, 8th ed., Wiley, 2012.
E. Lázaro Campo, *Optimización del índice de producción final de una instalación solar fotovoltaica para un inversor y emplazamientos dados*, Tesis de Maestría, 2012.
Horikoshi, *Análisis de las componentes armónicas de los inversores fotovoltaicos de conexión a red*, Tesis de Maestría, 2009.
R. A. da Câmara et al., “Comparative analysis of performance for single-phase AC-DC converters using FPGA for UPS applications,” in *Proc. IEEE APEC*, 2013, pp. 1852–1858. https://doi.org/10.1109/APEC.2013.6520547
R. Federico Farfán and C. Wilhelm Massen, “Análisis de dos modelos matemáticos de inversores para el estudio de la variación de la eficiencia de conversión con respecto a la tensión de entrada,” 2018.
https://doi.org/10.59627/cbens.2018.281
V. Gerardo and S. J. Miguel, “High Efficiency Single-Phase Transformer-less Inverter for Photovoltaic Applications,” *Ingeniería Investigación y Tecnología*, vol. XVI, no. 2, pp. 173–184, 2015.https://doi.org/10.1016/j.riit.2015.03.002
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