Novel concept of solar converter with universal applicability for DC and AC microgrids

Abstract

Este artículo presenta un novedoso concepto de un convertidor solar universal adecuado para su aplicación tanto en redes de corriente continua como en redes de corriente alterna monofásicas utilizando los mismos terminales. La idea radica en la utilización de los mismos semiconductores tanto en la configuración de corriente continua a corriente continua como en la configuración de corriente continua a corriente alterna, lo que resulta en una redundancia mínima. Se consideran etapas posibles de semiconductores. Se centra la atención particular en el diseño del filtro de salida junto con la selección adecuada del circuito de protección para redes de corriente continua y corriente alterna. Se presenta un ejemplo de diseño y un análisis comparativo entre las soluciones de corriente continua a corriente continua, corriente continua a corriente alterna y universales. Se presenta el prototipo experimental del convertidor solar universal que tiene una potencia nominal de 3,6 kVA en modo de corriente alterna y 5 kW en modo de corriente continua. Los resultados experimentales demuestran la capacidad de operación en redes de corriente alterna o corriente continua con los modos principales correspondientes. Se abordan posibles campos de aplicación junto con los principales beneficios en las conclusiones.

This paper presents a novel concept of a universal solar converter suitable for application in both in the dc or single-phase ac grids using the same terminals. The idea lies in the utilization of the same semiconductors in the dc–dc and in the dc–ac configuration, resulting in minimal redundancy. Possible semiconductor stages are considered. The particular attention is focused on the output filter design along with proper protection circuit selection for dc and ac grids. The design example and comparative analysis between dc–dc, dc–ac, and universal solutions are given. The experimental prototype of the universal solar converter that is rated for 3.6 kVA power in the ac mode and 5 kW in the dc mode is presented. The experimental results demonstrate the ability of operation in ac or dc grids with main correspondent modes. Possible fields of application along with main benefits are addressed in conclusions.