Impact of government incentives in the profitability of green energy production using fuel cells in Colombia

Las celdas de combustible son alternativas tecnológicas para producir energía renovable, sin embargo, los altos costos hacen a estas una opción poco rentable. Este artículo analiza el impacto de los incentivos del Gobierno de Colombia en la rentabilidad de la generación de energía eléctrica a partir de celdas de combustible. El análisis está basado en los costos totales de la operación de las celdas de combustible en tres escenarios representativos: una residencia, una oficina y un elevador de un edificio. La viabilidad económica de la generación con celdas de combustible en estos tres casos es contrastada con soluciones clásicas como generación a partir de diésel y la red eléctrica convencional. Los resultados permiten identificar que los incentivos del Gobierno de Colombia son muy efectivos para quienes generen a partir de energía renovable, como celdas de combustible, en contraste con otras opciones menos amigables con el medio ambiente, como los generadores diésel. Finalmente, nuevos incentivos son propuestos sobre la base de subsidios ofrecidos por otros países con alta penetración de las celdas de combustible en su mercado eléctrico. Todos los análisis están soportados en simulaciones realizadas con modelos matemáticos parametrizados que consideran las características de los dispositivos comerciales.Fuel cells are a technological alternative to produce green energy, however, high costs make fuel cell a non-profitable option. This paper analyses the impact of the Colombian government incentives in the profitability of fuel cells. The analysis is based on the total operation cost of the fuel cell in three representative applications: residential, office and building elevator. The economic viability of fuel cell generation in those cases is contrasted with classical solutions like diesel generators and standard grid to provide a reference framework. Such results enable to evaluate the effectiveness of the Colombian government incentives in promoting the use of fuel cells over other less environmental-friendly options such as diesel generators. Finally, new incentives are proposed by subsidies offered by other countries with higher fuel cell penetration into their electric market. All the analyses are supported in simulations performed with a mathematical model parameterized using the characteristics of commercial devices

Impact of government incentives in the profitability of green energy production using fuel cells in Colombia

Las celdas de combustible son alternativas tecnológicas para producir energía renovable, sin embargo, los altos costos hacen a estas una opción poco rentable. Este artículo analiza el impacto de los incentivos del Gobierno de Colombia en la rentabilidad de la generación de energía eléctrica a partir de celdas de combustible. El análisis está basado en los costos totales de la operación de las celdas de combustible en tres escenarios representativos: una residencia, una oficina y un elevador de un edificio. La viabilidad económica de la generación con celdas de combustible en estos tres casos es contrastada con soluciones clásicas como generación a partir de diésel y la red eléctrica convencional. Los resultados permiten identificar que los incentivos del Gobierno de Colombia son muy efectivos para quienes generen a partir de energía renovable, como celdas de combustible, en contraste con otras opciones menos amigables con el medio ambiente, como los generadores diésel. Finalmente, nuevos incentivos son propuestos sobre la base de subsidios ofrecidos por otros países con alta penetración de las celdas de combustible en su mercado eléctrico. Todos los análisis están soportados en simulaciones realizadas con modelos matemáticos parametrizados que consideran las características de los dispositivos comerciales.Fuel cells are a technological alternative to produce green energy, however, high costs make fuel cell a non-profitable option. This paper analyses the impact of the Colombian government incentives in the profitability of fuel cells. The analysis is based on the total operation cost of the fuel cell in three representative applications: residential, office and building elevator. The economic viability of fuel cell generation in those cases is contrasted with classical solutions like diesel generators and standard grid to provide a reference framework. Such results enable to evaluate the effectiveness of the Colombian government incentives in promoting the use of fuel cells over other less environmental-friendly options such as diesel generators. Finally, new incentives are proposed by subsidies offered by other countries with higher fuel cell penetration into their electric market. All the analyses are supported in simulations performed with a mathematical model parameterized using the characteristics of commercial devices

Converter DC/AC Multilevel of Three Cells: Modeling and Simulation

El presente documento presenta un convertidor DC/AC de tres celdas. Las topologías multinivel están atrayendo gran atención en la industria, ya que logran tener un rizado en las variables de estado más pequeño. Además reducen el estrés de conmutación en los dispositivos sólidos. La topología usada en este trabajo es conocida como ondulador multinivel de condensador flotante, en la cual se impone el reto de balancear la tensión entre las celdas de conmutación con ayuda de los condensadores flotantes, además de obtener una señal sinusoidal regulada. En el trabajo se expone el modelo promediado del ondulador, y los resultados obtenido mediante simulación.  This paper presents a three-cell converter DC / AC. Multilevel topologies are attracting attention in the industry, obtained as a ripple on the state variables much smaller, and reduces stress on the switching devices. The topology used in this work is known in the technical literature as floating capacitor multilevel inverter, which imposes the challenge of balancing the voltage across each cell switching using floating capacitors, besides obtaining a sinusoidal signal regulated. The paper presents the averaged model of the inverter, and results obtained through simulation

Characteristic Equation of the Modified Smith predictor to MIMO Systems

El retardo en sistemas de control es una característica presente con frecuencia en los sistemas reales debido al transporte de objetos o de información, a la conexión en serie de múltiples sistemas o al retardo propio del procesamiento y de los sensores, entre otros. Recientemente se han presentado diversos trabajos para la identificación del retardo externo en sistemas MIMO, estos trabajos están orientados a la identificación y control on-line de sistemas MIMO y utilizan una estructura multimodelo basada en el predictor de Smith modificado utilizando diferentes métodos de búsqueda directa. Como es de suponer, para realizar tanto la implementación del algoritmo, como para obtener el análisis de convergencia y estabilidad, es necesario tener las ecuaciones en lazo cerrado del predictor de Smith modificado. Sin embargo, en estos trabajos no se presenta el procedimiento analítico por no tratarse del objeto principal, se presentan solo las ecuaciones de lazo cerrado sin el procedimiento para su obtención. Por tanto y para subsanar esta falta, en este trabajo se presenta la forma analítica para deducir las ecuaciones en lazo cerrado de un predictor de Smith modificado.    The delay in control systems is a feature frequently in real systems due to the transport of objects or information, a series connection of multiple systems or own processing and sensors delay, among others. Recently there have been several studies to identify the external delay MIMO systems, these works are focused on identification and on-line control of MIMO systems and use a multimodel structure based on modified Smith predictor using different search method. It is clear that for the implementation of the algorithm, and to obtain the convergence and stability analysis, it is necessary to have closed-loop equations of modified Smith predictor. However, in these works is not presented the analytical procedure, not be the main object, displaying only the closed loop equations without the procedure for obtaining it. Therefore, to respond, in this paper, we present an analytical way to derive the closed-loop equations of a modified Smith predictor.  

Subharmonic ripple analysis of an interleaved buck converter based on the Filippov method

El diseño de convertidores conmutados en gran parte de la literatura científica está realizado desde el modelo promediado, debido a la facilidad de obtener las funciones de transferencia lineales. Asimismo, la conmutación en los convertidores de potencia causa un rizado en las variables de estado que no es considerado en el modelo promediado. El componente de frecuencia de una de las variables de estado está compuesto por un espectro de potencia con un único pico de nivel DC (valor promedio), un único pico a la frecuencia de conmutación (componente de rizado) y en un número finito de picos en cada sub-armónico (inestabilidades). El método de Filippov es utilizado para la predicción de inestabilidades debidas a las dinámicas rápidas, este método predice el rango de los parámetros que evitan la primera bifurcación en las dinámicas rápidas. En el presente artículo se presenta una predicción  de un espacio de parámetros estables para el controlador PI (), estimados por el método de Filippov para un convertidor buck de dos fases con regulación de voltaje. Finalmente, los resultados presentados son validados mediante simulaciones de Matlab y Psim.In many papers, the averaged model of power switching converters is used to design the control system due to its simple manipulation, which can be approximated by linear transfer functions. Therefore, the power converter commutation causes a state variable ripple that is not considered on the averaged model. The component frequency of the state variables is composed by a power spectrum with a unique peak at the DC level (average variable), a unique peak at the switching frequency (ripple component) and a finite number of peaks in each sub-harmonic (instabilities). The Filippov method is used for instability predictions due to fast dynamics, this method predicts the parameters range that avoids the first bifurcation of the fast dynamics. In this paper a stable space of parameters (Kp, Ti) for a PI controller is presented, it estimated with the Filippov method, for a buck converter with voltage regulation. Finally, the presented results are validated using both Matlab and Psim simulations

Advances in Power and Energy Systems

Processing electrical energy is one of the most important research fields in our society. So far, tremendous efforts have been made to improve the efficiency of each step in electrical systems: generation systems have been enhanced by introducing renewable energy sources and new control systems for conventional generators, losses have been reduced, the power quality of distribution and transmission systems has been increased, the life-time and state-of-health of energy storage devices have been extended, and sections of the power grid have been isolated for intelligent energy management

Robotic Navigation based in Statics Patterns using the CMUcam3 Embedded System

Este artículo presenta un método de navegación Robótico basado en patrones estáticos usando técnicas de visión artificial implementadas sobre el sistema embebido CMUcam3, además presenta un análisis de procesamiento de cómputo para este sistema embebido. El patrón a determinar es una línea negra con cruces, guiando al agente robótico a través de ésta. Luego de la adquisición de las imágenes mediante la CMUcam3, se utiliza un algoritmo de segmentación basado en umbral, se determina el esqueleto de los patrones y luego se aplica la transformada de Hough lineal para determinar, las líneas, los ángulos y los tipos de cruces. Debido a que la transformada de Hough lineal es un método que requiere alto procesamiento, en este trabajo, se limita el rango de los ángulos y se normaliza su espacio de acumulaciones. En los resultados obtenidos se pudo determinar que el método desarrollado para la navegación es preciso y confiable, ya que en un 87% de los segmentos de decisión se pudo determinar correctamente el tipo de cruce y el ángulo de corrección. Él sistema embebido CMUcam3 logró procesar una imagen entre 0.15 y 0.28 segundos, dependiendo del tipo de cruce que encuentre.This paper presents a method based on static patterns for robotic navigation using computer vision techniques implemented on CMUcam3 embedded system, also presents an analysis of computational complexity for this embedded system. The pattern to be determined is a black line with intersections, driving the robotic agent over the line. A segmentation algorithm based in threshold is used after the images acquisition by the CMUcam3, then defines the thinning patterns and then the linear Hough transform is applied to determine the lines, the angles and the type of the intersections. Due to the linear Hough transform is a method that requires high processing, in this project, the range of the angles are limited and the accumulation space is normalized. The results showthat the method developed for the navigation is accurate and reliable, because in 87% of the decision segments it could determine correctly the type of intersection and the correction angle. The CMUcam3 embedded system succeeded to process an image between 0.15 and 0.28 seconds, depending of the type of the intersection

Platform for Modeling and Simulation of Photovoltaic Generation Systems

Se presenta el desarrollo de una plataforma de modelado y simulación usando Matlab. La plataforma tiene cuatro modelos de paneles fotovoltaicos predeterminados. Identifica los parámetros de cada uno, para un panel fotovoltaico dado, con base en datos experimentales de voltaje, corriente y condiciones ambientales. También genera cuatro bloques de simulación en Matlab-Simulink y Psim que modelan el panel seleccionado. Para la validación de la plataforma se utilizaron los paneles disponibles en el Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM).A platform for modeling and simulation using Matlab is presented. The platform has four models of photovoltaic panels. It identifies the parameters of each one, for a given solar panel, based on experimental data of voltage, current and environmental conditions. Also the platform generates four blocks, for using in Matlab-Simulink and Psim simulation tools. The experimental validation of the platform was made using the PV panels of the Metropolitan Technological Institute (ITM) Lab

Mathematical model of photovoltaic systems for distributed maximum power point tracking

Este articulo presenta un modelo para sistemas de generación fotovoltaica orientado a evaluar el desempeño de algoritmos distribuidos de búsqueda del punto de máxima potencia. El modelo considera la conexión en serie de n conjuntos módulo-convertidor que pueden ser dimensionados dependiendo de la aplicación en particular. Dicho modelo está compuesto por un conjunto de ecuaciones que pueden ser implementadas en cualquier software de cálculo matemático o en un lenguaje de programación que soluciones este tipo de ecuaciones. El modelo incluye el comportamiento estático del módulo fotovoltaico a partir de una ecuación que estima su relación voltaje-corriente, además, incluye el modelo del convertidor elevador de potencia con pérdidas en el inductor, esto con el fin de aproximar el modelo general a una solución realística de la aplicación. El modelo final es validado mediante simulaciones y comparado con una implementación del mismo en un software de simulación electrónica tradicional.This paper presents a model of photovoltaic generation systems oriented to evaluate the performance of distributed maximum power point tracking algorithms. The model considers the series connection of n module-converter sets, which can be dimensioned depending on the particular application. This model is composed of an equation set that can be implemented in any mathematical analysis software or programming language that allows to solve this kind of equations. The proposed model also includes the static behavior of the photovoltaic module, described by one equation that estimates the current-voltage relation. Additionally, it includes a model of the Boost power electronic converter with inductor lost, which allows an approximation to realistic applications. The final model is validated using simulations, and it is compared with a traditional electronic simulation software implementation

Desarrollo de un Robot Interactivo para la Distribución de Información

This paper displays the development of a robot for information distribution. The design looks for a simple and intuitive robot, with good performance, capable to provide updated information. "UN-MÉTODO" methodology is used, which allows specify the system from user requirements, going trough its nonfunctional requirements until combining them with the organizational objectives. The design initializes with a verbal description, which is been refined step by step by means of a preconceptual scheme, a processes diagram, an goals diagram and the characterization of nonfunctional requirements, until UML diagramming is reached. This way a semiformal specification can be reached, is such a way, both, user and organizational requirements can be fulfilled, resources can be optimized and development schedules can be accomplished. At the end of the process executable files can be obtained for the system. In short time is expected to characterize those different elements than constitute the robot.Este artículo presenta el desarrollo de un robot para la distribución de información. El diseño busca un robot simple e intuitivo, con buen desempeño, que proporcione información actualizada. Se utiliza la metodología de trabajo UN-MÉTODO, la cual nos permite especificar el sistema desde los requisitos del usuario, pasando por sus requisitos no funcionales hasta combinarlos con los objetivos de la organización. Se parte de una descripción verbal, la cual se va refinando poco a poco por medio de un esquema preconceptual, un diagrama de procesos, un diagrama de objetivos y una caracterización de los requisitos no funcionales, hasta llegar a los diagramas que utilizan UML. De esta manera, se logra una especificación semiformal del sistema, que garantice que los requisitos deseados por el usuario y la organización se cumplan. La combinación de técnicas de modelado, permite tomar lo mejor de ellas y usarlas con el fin de hacer más completa la especificación para garantizar un sistema más cercano al deseado. La metodología implementada permite reducir los riesgos inherentes a cualquier proyecto, y facilita la labor de coordinación de los procesos con el fin de optimizar los recursos y cumplir los plazos de entrega de los productos. Al final se obtienen ejecutables para la plataforma específica del sistema, y en el futuro se espera caracterizar los diferentes elementos que hacen parte del robot