Modelado y ajuste matemático de funciones de eficiencia para topologías híbridas FC

Mathematical modeling and tuning of efficiency functions for hybrid FC topologies

En este trabajo, se presenta un modelo matemático de eficiencia para sistemas híbridos de celdas de combustible (FC), considerando las topologías serie (SH), paralelo (PH) y serie-paralelo (SPH). En estos sistemas, se implementaron convertidores Buck-Boost modulares no inversores. Las eficiencias de estos sistemas dependen de sus puntos de operación, especialmente de sus corrientes de salida y modos de operación (Buck, Boost y Buck-Boost). Además, se modeló y utilizó la eficiencia del Bus de DC en cada sistema, la cual corresponde a una función del ciclo de trabajo de carga con una frecuencia de 100 Hz. La potencia pico y la tensión nominal de este bus de CC son 1,5 kW y 48 V, respectivamente. 

Estos sistemas híbridos fueron implementados en SIMULINK / MATLAB®, considerando condiciones iniciales de tensión o precarga en los capacitores para reducir el tiempo de cómputo. Los resultados obtenidos tanto analíticos como experimentales se validaron utilizando el coeficiente de eficiencia de Nash-Sutcliffe (NSE).

INTRODUCCIÓN

El hidrógeno ha sido considerado como un vector energético para hacer frente al cambio climático [1-2]. Diferentes actores a nivel mundial han presentado propuestas para reducir emisiones, con la finalidad de cumplir las metas establecidas en los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), los cuales fueron definidos en el año 2015. En particular, el ODS 7, busca aumentar la cooperación internacional para facilitar el acceso a la investigación y la tecnología relativas a la energía limpia, incluidas las fuentes renovables, la eficiencia energética y las tecnologías avanzadas y menos contaminantes de combustibles fósiles, además de promover la inversión en infraestructura energética y tecnologías limpias, entre otras, contribuyendo a limitar el aumento de la temperatura mundial en 2 grados centígrados [3]. Para la implementación de estas tecnologías, se presentan desafíos tanto en los métodos limpios requeridos para su producción, como en el marco regulatorio y el establecimiento de mercados maduros que incentiven su uso. De esta forma se logrará la reducción de su costo total de instalación, dado en USD/kW, y se aumentará su competitividad frente a otros tipos de energías convencionales, como la solar fotovoltaica y la eólica. A nivel de Latinoamérica, Chile es pionero con la implementación de estrategias en hidrógeno, mientras que en Uruguay y Brasil se encuentran en etapa de preparación normativa y puesta en marcha de proyectos piloto, respectivamente. Así mismo, en Colombia y Argentina se encuentran en etapa inicial de establecimiento de políticas para su uso [4].