ES2259871B1 - Sistema de control de convertidores cc/cc para celulas fotovoltaicas con busqueda del punto de maxima potencia basado en microcontrolador. - Google Patents
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Abstract
Sistema de control para convertidores CC/CC, con realimentación de la corriente de salida y referencia fijada por un microcontrolador, en el cual se implementa un algoritmo que permite trabajar en el punto de máxima potencia de un panel fotovoltaico utilizado como fuente de energía primaria. El hecho de realimentar la corriente de salida permite el paralelizado de varios convertidores independientemente de la potencia gestionada por cada uno de ellos. El sistema ha sido diseñado para la alimentación simultánea de carga y baterías.
Description
Sistema de control de corvertidores CC/CC para
células fotovoltaicas con búsqueda del punto de máxima potencia
basado en microcontrolador.
Los paneles solares o fotovoltaicos proporcionan
una tensión y corriente variables en función de las condiciones
ambientales y más concretamente de la potencia de la luz solar
(W/m^{2}).
En una instalación típica basada en paneles
solares es necesario disponer de elementos que almacenen energía
eléctrica de tal forma que el sistema pueda suministrar energía
cuando los paneles no lo puedan hacer, ya sea porque es de noche o
porque las condiciones de luz ambiental son insuficientes. Para el
almacenaje de energía eléctrica se utilizan baterías, éstas son
generalmente de Pb con tensiones que pueden ir desde los 12 V a los
48 V.
La conexión entre los paneles y las baterías no
se suele hacer directamente sino que se integra un dispositivo
intermedio encargado de la adecuación de la tensión de entrada en
una que permita cargar la batería sin que esta última sufra
sobrecargas. Estos dispositivos que van conectados entre el panel
fotovoltaico y la batería suelen denominarse reguladores de carga y
se pueden dividir tradicionalmente en dos grupos principales:
El primer grupo corresponde a los reguladores
que únicamente se encargan de mantener en su salida una tensión
adecuada que permita la carga de la batería sin que se produzcan
sobretensiones que acorten la vida de la misma. Como inconvenientes
fundamentales podemos destacar que carecen de la búsqueda del punto
de máxima potencia del panel, pudiéndose desaprovechar hasta un 30%
de la energía disponible.
El segundo grupo corresponde a los reguladores
que además de realizar la labor de los primeros, trabajan en el
punto de máxima potencia del panel fotovoltaico. En este caso
podríamos destacar como inconveniente principal la eficiencia de los
algoritmos utilizados para la búsqueda del punto de máxima
potencia. Estos consisten generalmente en trabajar en un punto en
el que la tensión del panel sea proporcional a la del mismo cuando
no tiene ninguna carga conectada. Al tener los paneles distintas
curvas características dependiendo del fabricante, temperatura y
condiciones climatológicas el punto seleccionado no coincidirá en
la mayor parte de los casos con el punto real de máxima potencia,
lo que se traducirá en un desaprovechamiento energético del
panel.
Ambos tipos de reguladores que podemos encontrar
en el mercado tienen su salida realimentada en tensión, es decir,
respecto a su salido se comportan como fuentes de tensión y no se
puede realizar una conexión de los mismos en paralelo de manera que
cada uno aporte una fracción de potencia. Este hecho imposibilita
realizar ampliaciones de la instalación aprovechando el
equipamiento previamente adquirido.
Por otra parte los reguladores comerciales
analizados presentan un elevado rizado de corriente de salida, lo
cual se traduce en un detrimento de la vida de la batería.
El objeto de la presente invención se centra en
un sistema de control para convertidores CC/CC que permite trabajar
en el punto de máxima potencia del panel fotovoltaico utilizado
como fuente de energía de entrada. El control se realiza
realimentando la corriente de salida, con lo que el convertidor se
comporta como una fuente de corriente, lo que hace posible la
conexión de varios de estos reguladores en paralelo para abastecer
una misma carga. Por otra parte la estrategia de búsqueda del punto
de máxima potencia es independiente del tipo de panel y se ajusta a
los cambios climatológicos obteniéndose un máximo aprovechamiento
energético del panel, a diferencia de los reguladores mencionados
anteriormente.
Por otro lado, estos reguladores que podemos
encontrar en el mercado tienen su salida realimentada en tensión,
es decir, respecto a su salida se comportan como fuentes de tensión
y no se puede realizar una conexión de los mismos en paralelo de
manera que cada uno aporte una fracción de potencia.
El objeto de la presente invención se centra en
un sistema de control para convertidores CC/CC que permite trabajar
en el punto de máxima potencia del panel fotovoltaico utilizado como
fuente de energía de entrada. El control se realiza realimentando la
corriente de salida, con lo que el convertidor se comporta como una
fuente de corriente, lo que hace posible la conexión de varios de
estos reguladores en paralelo para abastecer una misma carga.
En la figura 1 podemos observar el diagrama de
bloques del sistema de control donde se muestran todos los elementos
relevantes del conjunto.
F representa el panel fotovoltaico, C el
convertidor CC/CC, B la batería junto con la carga, R el regulador
y M el microcontrolador. En cuanto a las variables que se
representan en la figura, Ei es la energía entrante en el sistema,
Eo es la energía saliente, d es la variable que controla la
corriente de salida, normalmente dicha variable es el ciclo de
trabajo del convertidor, Io es la corriente de salida, Iref es la
corriente de referencia marcada por el microcontrolador, Ve es la
tensión de entrada y Vo es la tensión de salida.
El funcionamiento del sistema es el siguiente:
el convertidor incorpora un bucle principal de realimentación en
corriente mediante un regulador PID tradicional, para ello se
incluye un sensor de corriente a la salida del convertidor. Además
de este lazo principal de realimentación se añade un segundo lazo
compuesto básicamente de un microcontrolador con capacidades de
conversión A/D y D/A. Al microcontrolador llegarán los valores de
las variables, Vo, Ve e lo a partir de los cuales y de acuerdo con
el código programado en el mismo se generará la referencia de
corriente Iref, la cual es proporcional a la corriente que se desea
tener en la salida. La constante de proporcionalidad está definida
por el sensor de corriente utilizado en la realimentación.
Para el funcionamiento en el punto de máxima
potencia del panel fotovoltaico se utiliza la corriente de salida
como parámetro principal. Teniendo en cuenta que en la salida se
encuentra una batería con una tensión que podemos tomar como
constante, un aumento de la corriente hacia la misma implica un
aumento de potencia. El algoritmo implementado en el
microcontrolador se basa en esta característica y cosiste en ir
aumentando la corriente de salida a través de la referencia de
corriente (aumentando la referencia de corriente), hasta alcanzar
un punto en el que un aumento de la referencia de corriente implique
un descenso o mantenimiento en la corriente de salida, llegado a
este valor de corriente de salida habremos encontrado el punto de
máxima potencia del panel fotovoltaico.
A parte de esto, el algoritmo programado se
encarga de otras tareas como la supervisión de la tensión de la
batería para evitar que se supere un valor preestablecido y así
evitar su sobrecarga. En el caso de que llegue al valor máximo de
tensión permitido para la batería se abandonará el punto de máxima
potencia, reduciendo la corriente de salida todo lo necesario para
que la batería se mantenga cargada en un valor de tensión seguro
especificado por el fabricante.
Como se puede observar en la figura 1, al
microcontrolador también llega el valor de la tensión de entrada,
es decir, la tensión del panel fotovoltaico. Esta variable es
utilizada por el microcontrolador para determinar cambios en las
condiciones climáticas, y proceder a la búsqueda de un nuevo punto
de máxima potencia. Si las condiciones climáticas implican una
mayor disponibilidad de energía en el panel (aumento de la tensión
de salida en el panel), el microcontrolador procederá a incrementar
escalonadamente la corriente de referencia (Iref) hasta que la
corriente de salida de convertidor sea máxima Si las condiciones
climáticas provocan una caída en la tensión del panel se
decrementará escalonadamente la corriente de referencia (Iref)
hasta la estabilización de la tensión del panel, momento en el cual
se procederá a la búsqueda de un nuevo punto de máxima potencia tal
y como se ha descrito anteriormente.
El microcontrolador procederá al apagado del
convertidor y al aislamiento de la batería, para evitar su
descarga, cuando la tensión del panel descienda por debajo de un
umbral específico de cada panel, a partir del cual el aporte
energético del panel no supera las pérdidas propias del convertidor
CC/CC. Cuando las condiciones ambientales provoquen un nuevo
aumento por encima del umbral citado el microcontrolador procederá
al encendido del convertidor.
Claims (2)
1. Sistema de alimentación y carga de baterías
desde panel fotovoltaico, caracterizado por la utilización
de un convertidor CC/CC realimentado y regulado en corriente, el
cual, incorpora un microcontrolador encargado de la búsqueda del
punto de máxima potencia al actuar sobre la referencia de corriente
del regulador PID que incorpora el convertidor CC/CC. El
microcontrolador estará también encargado de la protección de la
batería frente a sobretensiones y de actualizar en punto de máxima
potencia ante variaciones climatológicas.
2. Sistema de alimentación y carga de baterías
desde panel fotovoltaico, según la reivindicación 1,
caracterizado por el uso de varios convertidores CC/CC
realimentados y regulados en corriente, trabajando en paralelo.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES200401049A ES2259871B1 (es) | 2004-04-30 | 2004-04-30 | Sistema de control de convertidores cc/cc para celulas fotovoltaicas con busqueda del punto de maxima potencia basado en microcontrolador. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| ES200401049A ES2259871B1 (es) | 2004-04-30 | 2004-04-30 | Sistema de control de convertidores cc/cc para celulas fotovoltaicas con busqueda del punto de maxima potencia basado en microcontrolador. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2259871A1 ES2259871A1 (es) | 2006-10-16 |
| ES2259871B1 true ES2259871B1 (es) | 2007-06-16 |
Family
ID=37106615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200401049A Expired - Lifetime ES2259871B1 (es) | 2004-04-30 | 2004-04-30 | Sistema de control de convertidores cc/cc para celulas fotovoltaicas con busqueda del punto de maxima potencia basado en microcontrolador. |
Country Status (1)
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2004
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| BASE DE DATOS WPI en Derwent Publications Ltd., (Londres, GB), JP 10240361 A (MATSHUSHITA ELECTRICS WORKS LTD) 11.09.1998, resumen; figura 1. * |
| BASE DE DATOS WPI en Derwent Publications Ltd., (Londres, GB), JP 11098715 A (TDK CORP.), resumen; figura 1. * |
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| BASE DE DATOS WPI en Derwent Publications Ltd., (Londres, GB), JP 8123563 A (CANON KK) 17.05.1996 * |
Also Published As
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