Fuente: Sécheron.
Autor:
Kumar V. Mahtani Mahtani
Profesor Ayudante en el Departamento de Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial, Universidad Politécnica de Madrid.
La producción de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua es una de las tecnologías más prometedoras en la transición hacia fuentes de energía renovables y sostenibles. Los electrolizadores, dispositivos que descomponen el agua en oxígeno e hidrógeno utilizando electricidad, requieren fuentes de alimentación de alta calidad para operar de manera eficiente. La tecnología de rectificadores juega un papel crucial en la conversión de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) necesaria para los procesos electroquímicos dentro de los electrolizadores. En este contexto, diversas topologías de rectificadores han sido desarrolladas para satisfacer las demandas específicas de los sistemas de electrólisis, especialmente en aplicaciones que requieren integración con redes eléctricas, eficiencia energética y fiabilidad operativa. A continuación, se describen algunas de las soluciones de rectificadores de última generación propuestas por Sécheron, que representan avances significativos en esta área.
1. Rectificador de diodos + Convertidor DC/DC: Alta eficiencia y bajo coste
Una de las soluciones más sencillas y rentables para los electrolizadores es el rectificador de diodo + convertidor DC/DC. Esta topología proporciona una alta eficiencia con un factor de potencia superior a 0,95, lo que minimiza las pérdidas de energía y mejora el rendimiento global del sistema. Al utilizar diodos como elementos de conmutación, se elimina la necesidad de ajustes de tapping en el transformador, simplificando la configuración y reduciendo los costos operativos. Además, esta configuración es adecuada tanto para sistemas de refrigeración por agua como por aire, lo que facilita su implementación en una variedad de entornos. La principal ventaja de este tipo de rectificador es su excelente relación calidad-precio, lo que lo convierte en una opción atractiva para instalaciones de electrólisis de hidrógeno de menor escala o donde el presupuesto es limitado. Aunque esta topología no ofrece la capacidad de entregar potencia reactiva a la red, es una solución sólida para aplicaciones en redes estables.
2. Rectificador IGBT + convertidor DC/DC opcional: flexibilidad y control Avanzado
Para aplicaciones más avanzadas y exigentes, como aquellas que están conectadas a redes eléctricas débiles o alimentadas por fuentes renovables intermitentes, la tecnología IGBT combinada con un convertidor DC/DC opcional ofrece ventajas significativas. Los rectificadores IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) permiten un factor de potencia unitario (1.0), lo que significa que la corriente absorbida de la red es casi totalmente activa, sin generar una gran cantidad de potencia reactiva que pueda afectar la estabilidad de la red. Además, esta topología ofrece la posibilidad de entregar potencia reactiva a la red, una característica especialmente importante cuando se trabaja con fuentes de energía renovables como la solar o la eólica, que pueden fluctuar en función de las condiciones climáticas. Al igual que la topología anterior, los sistemas basados en IGBT también pueden ser enfriados por aire o por agua, lo que otorga flexibilidad a los diseñadores de sistemas. La integración de un convertidor DC/DC opcional permite ajustar aún más la tensión de salida según las necesidades del electrolizador, lo que mejora la eficiencia general del sistema y permite una mayor estabilidad operativa.
3. Rectificador de tiristores: alta corriente y potencia con refrigeración natural
Para aplicaciones de mayor escala y potencias elevadas, el rectificador de tiristores es una opción destacada. Los tiristores, a diferencia de los diodos y los IGBT, son dispositivos de conmutación controlada que permiten una regulación precisa de la corriente y una respuesta más rápida a las variaciones de carga. Este tipo de rectificador es capaz de manejar salidas de alta corriente, lo que lo convierte en ideal para electrolizadores que requieren grandes cantidades de energía continua. Además, los rectificadores de tiristores pueden operar con refrigeración natural, lo que reduce la necesidad de sistemas de refrigeración complejos y costosos. Con la posibilidad de emplear transformadores con taps, se pueden ajustar fácilmente los parámetros de salida para optimizar el rendimiento del sistema en función de la demanda de energía. Los rectificadores de tiristores pueden ser enfriados tanto por agua como por aire, dependiendo de la aplicación específica. La principal ventaja de esta tecnología es su capacidad para manejar cargas elevadas de corriente con alta fiabilidad y eficiencia, lo que es esencial para instalaciones industriales de gran escala.
Consideraciones finales
La elección de la topología de rectificador adecuada para un sistema de electrólisis depende de varios factores, como la potencia requerida, las características de la red eléctrica y los requisitos específicos de la instalación. Las soluciones de rectificadores ofrecidas por Sécheron cubren un amplio espectro de necesidades, desde sistemas de electrólisis de bajo coste y alta eficiencia hasta soluciones avanzadas que requieren flexibilidad en la entrega de potencia reactiva y capacidad para operar en redes eléctricas dinámicas. En todos los casos, el objetivo es garantizar un suministro de energía estable y eficiente que permita a los electrolizadores operar de manera óptima, contribuyendo a la producción de hidrógeno como fuente de energía limpia y sostenible.
