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Abstract
En este Trabajo Fin de Máster se ha diseñado una técnica con la que es posible mejorar el rendimiento de una instalación fotovoltaica debido al seguimiento del punto de máxima potencia. Por un lado, se ha construido una herramienta que permite simular el funcionamiento de un sistema fotovoltaico, teniendo en cuenta el seguimiento del punto de máxima potencia que habitualmente está incorporado en el inversor o en el regulador. Para ello se ha utilizado el programa MATLAB-SIMULINK. El circuito equivalente de los paneles fotovoltaicos está basado en el modelo de los dos diodos. Este modelo permite calcular las curvas I-V y P-V de cualquier tipo de panel fotovoltaico, en función de la irradiancia incidente, la temperatura de las células y los datos técnicos que aparecen en su hoja de características. Es capaz de calcular las curvas resultantes en una instalación fotovoltaica formada por varios paneles, incluso no estando todos ellos uniformemente iluminados. Por otro lado, se ha realizado un estudio de investigación acerca de los principales métodos de seguimiento del punto de máxima potencia. Se han simulado los más destacados con la herramienta diseñada, lo que ha permitido evaluar el rendimiento obtenido con cada uno de ellos y descubrir sus puntos fuertes y débiles. Estas simulaciones se han realizado con datos de irradiancia y temperatura obtenidos en un emplazamiento cercano a la ciudad de Zaragoza. A continuación, se ha diseñado un nuevo método de seguimiento, cuya característica más innovadora es que cuenta con sensores de irradiancia. Estos sensores le proporcionan información adicional con la que tomar mejores decisiones, así como detectar situaciones de sombreado parcial. En estas situaciones, donde las curvas de potencia presentan varios picos, la técnica es capaz de localizar el verdadero punto de máxima potencia, evitando que permanezca en un máximo local. Los resultados obtenidos han demostrado que este método diseñado permite obtener un mayor rendimiento de la instalación fotovoltaica que las principales técnicas tradicionales, para cualquier condición climática. De este modo, se mejora el aprovechamiento del recurso solar disponible. Cebollero Abián, José Antonio; Bayod Rújula, Ángel Antonio
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A N Reposi t N ÁLISI SEG U t oriodela U Tra b SYSI M U IMIE N Jos é E U niversidad b ajo F M ULA C N TOD E FOT O é Anto n D.Án g scueladeI n deZaragoz Find C IÓN D E LPM P O VOLT A Autor n ioCeb o Director g elBayod n genieríay 2012 a –Zaguan e M á ELRE N P ENI N A ICOS o lleroA Rújula Arquitectu http://zag u á ster N DIMI E N VERS O b ián ra u an.unizar. e E NTO D O RES e s D E
RESUMEN ANÁLISISYSIMULACIÓNDELRENDIMIENTODE SEGUIMIENTODELPMPENINVERSORES FOTOVOLTAICOS EnesteTrabajoFindeMástersehadiseñadounatécnicaconlaqueesposible mejorarelrendimientodeunainstalaciónfotovoltaicadebidoalseguimientodel puntodemáximapotencia. Porunlado,sehaconstruidounaherramientaquepermitesimularel funcionamientodeunsistemafotovoltaico,teniendoencuentaelseguimientodel puntodemáximapotenciaquehabitualmenteestáincorporadoenelinversoroen elregulador.ParaellosehautilizadoelprogramaMATLAB‐SIMULINK.Elcircuito equivalentedelospanelesfotovoltaicosestábasadoenelmodelodelosdos diodos.EstemodelopermitecalcularlascurvasI‐VyP‐Vdecualquiertipode panelfotovoltaico,enfuncióndelairradianciaincidente,latemperaturadelas célulasylosdatostécnicosqueaparecenensuhojadecaracterísticas.Escapazde calcularlascurvasresultantesenunainstalaciónfotovoltaicaformadaporvarios paneles,inclusonoestandotodosellosuniformementeiluminados. Porotrolado,seharealizadounestudiodeinvestigaciónacercadelos principalesmétodosdeseguimientodelpuntodemáximapotencia.Sehan simuladolosmásdestacadosconlaherramientadiseñada,loquehapermitido evaluarelrendimientoobtenidoconcadaunodeellosydescubrirsuspuntos fuertesydébiles.Estassimulacionessehanrealizadocondatosdeirradianciay temperaturaobtenidosenunemplazamientocercanoalaciudaddeZaragoza. Acontinuación,sehadiseñadounnuevométododeseguimiento,cuya característicamásinnovadoraesquecuentaconsensoresdeirradiancia.Estos sensoresleproporcionaninformaciónadicionalconlaquetomarmejores decisiones,asícomodetectarsituacionesdesombreadoparcial.Enestas situaciones,dondelascurvasdepotenciapresentanvariospicos,latécnicaes capazdelocalizarelverdaderopuntodemáximapotencia,evitandoque permanezcaenunmáximolocal. Losresultadosobtenidoshandemostradoqueestemétododiseñadopermite obtenerunmayorrendimientodelainstalaciónfotovoltaicaquelasprincipales técnicastradicionales,paracualquiercondiciónclimática.Deestemodo,semejora elaprovechamientodelrecursosolardisponible.
A ÍNDICE 1. Introducción............................................................................................................1 2. Planificacióndelproyecto..................................................................................3 2.1Motivación......................................................................................................3 2.2Objetivosyalcance.........................................................................................3 3. Modeladodeunpanelfotovoltaico.................................................................5 3.1Modelodelosdosdiodos..............................................................................5 3.2Parámetrosdelmodelodelosdosdiodos.....................................................6 3.3Ecuacionesdemodelado................................................................................7 3.3.1Corrientefotogenerada.....................................................................7 3.3.2Corrienteabsorbidaporlosdiodos...................................................7 3.3.3Pérdidasenlasresistencias...............................................................7 3.3.4Expresióngeneraldelpanelfotovoltaico..........................................8 3.4Comprobacióndelmodelo.............................................................................9 4. Seguimientodelpuntodemáximapotencia.............................................11 4.1Seguidoresdelpuntodemáximapotencia..................................................11 4.2Comparativademétodosdeseguimiento...................................................12 5. AnálisisysimulacióndetécnicasMPPT.....................................................15 5.1Tensiónconstante........................................................................................17 5.2Tensiónproporcionalalatensióndecircuitoabierto.................................18 5.3Perturbaciónyobservación..........................................................................20 5.4Conductanciaincremental...........................................................................21 5.5Resultadosdelassimulaciones....................................................................24 6. Análisisdeproblemasdetectados.................................................................25 6.1VariacióndelatensiónenelsentidocontrarioalMPP...............................25 6.2Sombreadoparcial.......................................................................................27 6.3Otrosproblemas...........................................................................................30 7. DiseñodealgoritmodeseguimientodelMPP..........................................31 7.1Sensordeirradiancia....................................................................................31 7.1.1Combinacióndetécnicas.................................................................32
A 7.1.2Escaneodelacurvaconsombraparcial..........................................33 7.2Pasodetensiónvariable..............................................................................34 7.3Característicasdelalgoritmodiseñado........................................................35 7.4Resultados....................................................................................................37 7.4.1Díassoleados...................................................................................38 7.4.2Díasnublados..................................................................................40 7.4.3Díasdenubesyclaros.....................................................................41 7.4.4Sombreadoparcial...........................................................................42 8. Conclusionesylíneasdeinvestigaciónfuturas........................................45 AnexoAElpapeldelaenergíasolarfotovoltaica.....................................................49 A.1Elproblemaenergéticoactual.....................................................................49 A.2Ventajasydesventajasdelaenergíasolar...................................................52 A.3Unaenergíagratuita,limpiaeinagotable....................................................54 AnexoBFundamentosteóricosdelaenergíasolar.................................................56 B.1Elefectofotovoltaico...................................................................................56 B.2Laradiaciónsolar..........................................................................................58 B.2.1Generacióndelaradiaciónsolar.....................................................58 B.2.2Distribuciónespectraldelaradiaciónsolar....................................59 B.3Lospanelesfotovoltaicos.............................................................................59 B.3.1Célulasdesiliciopolicristalino.........................................................60 B.3.2Célulasdesilicioamorfo..................................................................60 B.3.3Célulasdesiliciomonocristalino.....................................................61 B.4Curvascaracterísticasdelospaneles...........................................................62 B.4.1Dependenciaconlairradiancia.......................................................63 B.4.2Dependenciaconlatemperatura....................................................64 B.4.3Caracterizacióndelospaneles........................................................65 AnexoCAlgoritmosdeseguimientodelMPP............................................................67 C.1Tensiónconstante........................................................................................67 C.2Tensiónproporcionalaladecircuitoabierto..............................................67 C.3Intensidadproporcionalaladecortocircuito..............................................67
A C.4Panelpiloto...................................................................................................67 C.5Perturbaciónyobservación..........................................................................67 C.6Conductanciaincremental...........................................................................68 C.7Gradientedetemperatura...........................................................................68 C.8Gradientedetemperaturaeirradiancia......................................................68 C.9Lógicadifusa.................................................................................................68 C.10Redesneuronales.........................................................................................69 C.11Capacitanciaparásita...................................................................................69 C.12Correlacióndelrizadodeonda....................................................................69 C.13Barridodecorriente.....................................................................................70 C.14Controldependientedelcondensadordelbusdecontinua.......................70 C.15Maximizacióndelapotenciaenlacarga.....................................................71 C.16RealimentacióndedP/dVódP/dI................................................................71 AnexoDComponentesdeunsistemafotovoltaico...................................................72 D.1Regulador.....................................................................................................72 D.2Inversor.........................................................................................................73 D.3Bateríaoacumulador...................................................................................74 D.4Elementosdeconexiónared.......................................................................75 D.4.1Cajageneraldeprotecciónocajadeprotecciónymedida............75 D.4.2Puestaatierra.................................................................................76 D.4.3Cableadosdeinterconexión............................................................76 D.4.4Cuadrogeneraldemandoyprotección..........................................76 AnexoEManualdeusodelaaplicación.......................................................................77 Referenciasbibliográficas...................................................................................................81
Listadesímbolos G Irradiancia T Temperatura VpvTensiónenbornesdelpanelfotovoltaico IpvIntensidadenbornesdelpanelfotovoltaico PpvPotenciaenbornesdelpanelfotovoltaico VocTensióndecircuitoabiertodelpanelfotovoltaico IscCorrientedecortocircuitodelpanelfotovoltaico ɲ CoeficientedevariacióndelacorrientedecortocircuitoconT ɴ CoeficientedevariacióndelatensióndecircuitoabiertoconT ɶ CoeficientedevariacióndelapotenciaconT anFactordecalidaddeldiodondelmodelodepanelfotovoltaico RsResistenciaseriedelmodelodepanelfotovoltaico RpResistenciaparalelodelmodelodepanelfotovoltaico NsNúmerodepanelesenserie NpNúmerodepanelesenparalelo k ConstantedeBoltzman(k=1.3806503*10Ͳ23) q Cargadelelectrón(q=1.60217646*10Ͳ19C) ɻmpptRendimientodelseguimientodelpuntodemáximapotencia CparCapacidadparásitadelpanelfotovoltaico kvConstantedeproporcionalidadenelmétododetensiónproporcionalala tensióndecircuitoabierto ȴVTamañodelpasodetensión
CAPÍTULO3:MODELADODEUNPANELFOTOVOLTAICO Pág.6 Estemodeloesdecomplejidadmedia‐alta,ypermiteobtenerunosresultadosmás precisosquemuchosdelosmodelosmásbásicosqueincluyenunúnicodiodo.Estoseponede manifiestoespecialmenteensimulacionesbajocondicionesmuydiferentesalasSTC, consistentesenunatemperaturaT=25ºCyunairradianciaG=1000W/m2.Estascondiciones sonlasquehabitualmenteseutilizanenlacaracterizacióndepaneles.Elmodelodelosdos diodostambiéndestacaporquepermitemodelarconunaprecisiónaceptablepanelesde diferentestipos:desiliciopolicristalino,monocristalino,amorfo,decapadelgada,etc. 3.2 PARÁMETROSDELMODELODELOSDOSDIODOS Enesteapartadoseexplicanlosparámetrosquecaracterizanelmodelodelpanel fotovoltaico.Estemodeloproporcionalaintensidadenfuncióndelatensiónoviceversa, considerandolairradianciaG,latemperaturaTylascaracterísticaspropiasdelpanelsimulado. Paralamayoríadepanelescomerciales,lossiguientesdatospuedenencontrarseensus catálogosdefabricante: Voc:TensióndecircuitoabiertobajocondicionesSTC(V). Isc:IntensidaddecortocircuitobajocondicionesSTC(A). Vmpp:TensiónenelpuntodemáximapotenciabajocondicionesSTC(V). Impp:IntensidadenelpuntodemáximapotenciabajocondicionesSTC(A). α:CoeficientedevariacióndelacorrientedecortocircuitoconlaTª(A/K). β:CoeficientedevariacióndelatensióndecircuitoabiertoconlaTª(V/K). Losdiodosdelcircuitoequivalentesonunarepresentacióndedeterminadaspérdidas queseproducenenlasunionesp‐n,porloquesuscaracterísticasnoaparecenenloscatálogos defabricantedelospaneles.Elvalordesufactordecalidaddebeajustarsedemodoquela respuestadelpanelmodeladoseajustelomáximoposiblealadelpanelreal.Suvalordepende fundamentalmentedeltipodepanel:siliciopolicristalino,monocristalino,amorfo,capafina, etc.Losparámetrosqueutilizaestemodeloson: a1:Factordecalidaddelprimerdiodo. a2:factordecalidaddelsegundodiodo. Lasresistenciasserieyparalelotambiénrepresentanpérdidasenlospaneles.La resistenciaserierepresentalaspérdidasqueseproducenenlasregionesneutrasylos contactosenlasalidadelmaterialsemiconductor,mientrasquelaresistenciaenparalelo representalaspérdidasqueseproducenenelmaterial.Susvalorestampocoaparecen explícitamenteenlashojasdecaracterísticas[5],[6].
CAPÍTULO3:MODELADODEUNPANELFOTOVOLTAICO Pág.7 Rs=Valordelaresistenciaserie(ohmios) Rp:Valordelaresistenciaparalelo(ohmios) 3.3 ECUACIONESDEMODELADO Acontinuaciónsemuestranlasexpresionesmatemáticasquecomponenelnúcleodel modelodepanelfotovoltaico. 3.3.1 CORRIENTEFOTOGENERADA LacorrientefotogeneradaIPVgendependedirectamentedelairradianciaqueincidesobre elpanelG,latemperaturadelospanelesTyelcoeficientedevariacióndelaintensidadconla temperaturaKi.ElrestodeparámetrossonlairradianciaestándarGSTC=1000W/m2la temperaturaestándarTSTC=25ºCylacorrienteenesascondiciones.Secalculasegúnla expresión3.1. _ (()) PVgen PVgen STC i STC STC G II KTT G (3.1) 3.3.2 CORRIENTEABSORBIDAPORLOSDIODOS Lacorrientedesaturacióndecadaunodelosdiodossecalculamediantelasexpresiones 3.2,3.3y3.4.Dependedelatensiónenestosdiodos,calculadacomolatensiónenbornesdel panelVpvmáslacaídaqueseproduceenlaresistenciaserieRs. 11 2 2 11 2 2 exp 1 , exp 1 pv s pv s Do D o TT VIR VIR II II aV aV (3.2) _ 01 02 0 _ 12 () () exp 1 PVgen STC i STC OC STC v STC T IKTT III VKTT aa V p (3.3) 12 s TT NKT VV q (3.4) 3.3.3 PÉRDIDASENLASRESISTENCIAS Elvalordelasresistenciasserieyparaleloseobtienemedianteunmétodoiterativo,que buscahacercoincidirelpuntodemáximapotenciacalculadomedianteestasecuacionesconel proporcionadoporelfabricante.
CAPÍTULO3:MODELADODEUNPANELFOTOVOLTAICO Pág.8 Secomienzaconunvalorderesistenciaserienulo.Laresistenciaparaleloinicialesla diferenciaentrelaspendientesdelacurvaI‐Valaizquierdayaladerechadelpuntode máximapotencia,comopuedeobservarseenlaexpresión3.5. 00 0, II mpp oc mpp sp sc mpp mpp VVV RR I (3.5) Trascadaiteración,secompruebaelerrorentrelalocalizacióndelpuntodemáxima potenciaquetendríaelpanelconestosvaloresylosdatosproporcionadosporelfabricante.Si esteerroresmayoraunadeterminadatolerancia,enestecasoel0.01%,sepasaalasiguiente iteración,enlaqueseaumentaelvalordeRs.ElvalordeRpsecalculaapartirdeldeRs,según laexpresión4.6: max 0 I II exp exp 2 (1) mpp mpp s p mpp mpp s mpp mpp s E PV TTmpp VR RVRVRP II VpVV (3.6) 3.3.4 EXPRESIÓNGENERALDELPANELFOTOVOLTAICO Combinandotodaslasexpresionesanterioresseobtienelaecuacióncaracterísticadel panelfotovoltaico,correspondientealaexpresión3.7,quepermiteobtenerlarelaciónentre latensiónenbornesylaintensidadqueproporciona. 01 02 11 2 2 exp 1 exp 1 pv pv s pv pv s pv pv s pv PVgen TTp VIR VIR VIR II I I aV aV R (3.7) EstaexpresiónpermiteobtenerlascurvascaracterísticasI‐Vdelospaneles.Apartirde estascurvasI‐VpuedentambiéncalcularselascurvasP‐V,quedeterminanlapotencia extraíbledelpanelenfuncióndelatensiónenbornes. Elprimertérminocorrespondeconlacorrientefotogenerada,alaquehayquerestarle lacorrientequecirculaporcadaunodelosdosdiodos,asícomoporlaresistenciaenparalelo. Laresistenciaserieprovocaunacaídadetensiónenlasalida,quedebesertenidaencuentaen elrestodetérminos. Laresolucióndirectadeestaecuaciónescomplicada,puestantolatensióncomola intensidadaparecenimplícitasynoessencillodespejarlas.Debidoaesto,deberesolverse empleandométodosnuméricos.Enestecaso,sehaoptadoporelalgoritmodeNewton Raphson,mostradoenlaexpresión3.8,porsusimplicidadyporsuconvergenciacuadrática paravalorespróximosalasolución.
obte n consi 3.4 losc o suel e deu n undi preci unos tem p pará m lasr e cara c Enc o brus c más s Fig. 3 izqui e del m Fig.3 . S36, p Sehaesc o n idoenun deraráválid COMPRO B Encondici o o nseguidos c e nestarajus t n afuented e odo.ElRpe s Bajounas sióndelmo d resultados p eraturasm u Elmodel o m etrosesp o e alesquea p c terísticas,d e o ncreto,pe r c amentelai s encillos,m u 3 .4yFig.3.5 e rdasonlas m odeloenM . 2 CurvasI‐ p ara25ºCydi C APÍTU L o gidounva aiteración a. B ACIÓNDE L o nesSTC,el c onmodelo s t adosbajo e e intensidad s similarala condicione s d elodelos d máspreci s u ysuperiore s o dedosd o sibleobten e p arecenen e e siliciopoli c r miteajusta r ntensidadh a u chasveces semuestra n queapare c ATLAB. Vdeldatash e ferentesirra d L O 3: M ODE L n x lordetoler ylasigui e L MODELO modelode s mássencill o e stascondici querepres e nteriorpero s diferentes d osdiodos. C s os.Lomis m s a25ºC. iodostamb e rcurvasca r e ldatashee t c ristalino,m r muybien a stallegara noesposibl n lascurvas c enenelda t e etdelpanel d iancias L ADODEUN P 1 ( '( n fx x f r anciade0. 0 e nteseain f dosdiodos os.Estose d onesSTC.E n e ntalacorri e o añadeuna r delasST C C onniveles d m oocurre iénesmu y r acterísticas t .Resultav á onocristalin o lazonade t a lpuntode c eajustarco c aracterístic a t asheet[7], l ShellFig. 3 con e P ANELFOTO V ) ) n n x x 0 01.Cuand o f erioraes t proporcion a d ebeaquel o n treellosse e ntefotoge n r esistenciae C escuand o d eirradianci enreprese n y versátil, a delospanel á lidopara m o ,amorfoe t ransición, d c ircuitoabie nprecisión e a sI‐Vdelpa n mientrasq u 3 .3 CurvasI ‐ e lmodelo,pa V OLTAICO o ladiferen c t atoleranci a a unosresul t o sparámetr o encuentran n erada,una nparalelo. o puedeap r abajoseste n tacionesd e a justandoc o esmodelad o m odelarpan e inclusomo d esdelaqu e rto.Conlos e stazona.E n n elShellS36 u elasdela d ‐ Vdelpanel S r a25ºCydife P c iaentreel a ,lasoluci ó tadosparec o sdelosm o n elRs,que c resistencia s r eciarsela m e modelopr e elascurva orrectamen t o smuysimil e lesdedife r d elosdecap a e comienza a modelosR s n Fig.3.2,Fi g .Lasgráfica s d erechapro S hellS36ob t e rentesirradi a P ág.9 (3.8) valor ó nse idosa o delos c onsta s eriey m ayor e senta scon t elos aresa r entes a fina. a caer yRp, g .3.3, s dela c eden enidas a ncias
Pág. Fig.3 . S36, p 10 . 4 CurvasI‐ p ara1000W/ C APÍTU L Vdeldatash e m2ydiferent e L O 3: M ODE L e etdelpanel e stemperatu r L ADODEUN P l Shell ras Fig. 3 con tem p P ANELFOTO V 3 .5 CurvasI ‐ elmodelo, p eraturas V OLTAICO ‐ Vdelpanel S para1000 W S hellS36ob t W /m2ydif e enidas e rentes
CAPÍTULO4:SEGUIMIENTODELPUNTODEMÁXIMAPOTENCIA Pág.11 4. SEGUIMIENTODELPUNTODEMÁXIMAPOTENCIA ElpuntodemáximapotenciaMPPeselpuntodelascurvascaracterísticasdelpanel fotovoltaicoenelcualelproductodelatensiónporlaintensidadesmáximo.EnelAnexoB apareceunaexplicaciónteóricasobreestascurvascaracterísticas. Elpuntodemáximapotenciafluctúaconstantemente,debidoalavariacióndelas curvascaracterísticasporcambiosenlairradianciayenlatemperatura.Duranteundía soleadolavariacióndelvalordeirradianciaeslentayprogresiva,mientrasqueendías nubladosseproducencambiosbruscosyrápidos.Lairradianciatambiéndependedelaépoca delaño,puestoqueelánguloconelqueincidelaluzsolaresdiferente. Debidoaesto,lossistemasfotovoltaicosnecesitanundispositivoqueseencarguede buscarcontinuamenteelpuntodemáximapotencia.Delocontrario,surendimiento disminuyeconsiderablemente.Sepuededefinirunrendimientodelseguimientodelpuntode máximapotencia,ηmpptcomoelcocienteentrelaenergíaobtenidarealmenteylaenergíaque seobtendríasielsistematrabajasecontinuamenteenelMPP,segúnlaexpresión5.1. 0 max 0 P t real mppt t dt Pdt (5.1) PrealeslapotenciaenuninstantedeterminadoyPmaxeslapotenciamáximadel generadorfotovoltaicoparaunasdeterminadascondicionesdeirradianciaytemperaturade operación.Lógicamente,elrendimientoglobaldelainstalaciónfotovoltaicaseveafectadopor elseguimientodelpuntodemáximapotencia. ElseguimientodelMPPrequiereunajustecontinuodelatensiónenbornesdelos paneles.Comolascurvascaracterísticasnopuedenmodificarse,loquedebeajustarseesla tensióndetrabajodelsistemafotovoltaico.Enlamayoríadecasosestodebehacersesinvariar latensiónenelladodelacarga,yaquesueleserfijadebidoalapresenciadeunabateríaoala conexiónared. 4.1 SEGUIDORESDELPUNTODEMÁXIMAPOTENCIA Losseguidoresdelpuntodemáximapotencia,tambiénconocidosporsussiglas anglosajonasMPPT(MaximumPowerPointTracker)sondispositivoselectrónicosque consiguenqueelgeneradorfotovoltaicotrabajeenelpuntodemáximapotencia.Suelen implementarseenconvertidoreselectrónicosdepotencia,dentrodeinversoresyreguladores fotovoltaicos.UnsistemaMPPTcontrolalatensióndeoperacióndelgeneradorfotovoltaico
CAPÍTULO4:SEGUIMIENTODELPUNTODEMÁXIMAPOTENCIA Pág.12 siguiendoundeterminadoalgoritmo,conelobjetivodehacerlotrabajarenelpuntode máximapotencia. LamayoríadeinversorestienenunconvertidorDC‐DCprevioalaetapainversora.Su funcionamientosebasaenelajustedelciclodeservicio,tambiénconocidocomoduty.La variacióndeesteparámetroprovocauncambioenlarelaciónentrelatensióndesalidafrente aladeentrada,cuyaexpresióndependedelatopologíadelconvertidor.Comolatensiónenla salidadelconvertidorsueleserfija,porlapresenciadeunabateríaolaconexiónared,la variacióndelciclodeservicioprovocaunamodificaciónenlatensiónenlaentrada,que correspondeconlatensiónenbornesdelospanelesfotovoltaicos.Alcambiarestatensión, cambiaelpuntodetrabajodentrodelacurvacaracterísticaI‐Vdelpanel. Portodoesto,elparámetrodesalidadelamayoríadealgoritmosdeseguimientoesel ciclodeserviciodelconvertidor.LosseguidoresdelMPPmidennormalmentelatensiónyla corrienteenbornesdelospaneles,pudiendomedirtambiénenlasalidadelconvertidor. 4.2 COMPARATIVADEMÉTODOSDESEGUIMIENTO ExistenunagrancantidaddemétodosdeseguimientoMPPT,quepuedenclasificarseen directoseindirectos[8],[9],[10].Losdirectossebasanenlarealimentacióndelapotenciade salida,midiendolacorrienteylatensiónenbornes,mientrasquelosindirectostrabajanen funcióndeotrasvariables,comolatemperaturaolatensióndecircuitoabierto.EnelAnexoC sedescribencondetalletodaslastécnicasqueaparecenevaluadasenlaTablaI.Paracada métodosehantenidoencuentalassiguientescaracterísticas: Rapidez:AlcanzarelMPPlomásrápidamenteposible. Precisión:LocalizarexactamenteenelMPP,minimizandolasdesviaciones. Bajocoste:Elcostevienedeterminadoporlossensoresnecesarios(losdetensión songeneralmentemásbaratosquelosdeintensidad),porlacomplejidaddel algoritmoasícomoporeltipodehardwarenecesarioparalaimplementación(un microcontrolador,componentesdeelectrónicaanalógicaodepotencia).La necesidaddecalibraciónorevisionesperiódicasimplicacostesdemantenimiento. Rendimientoglobal:Dependedelarapidez,laprecisión,asícomodeotras característicasmásespecíficasdecadamétodo.Porejemplo,algunosalgoritmos necesitanmedirperiódicamentelatensióndecircuitoabierto,nogenerándose energíaenesosinstantes.LacapacidaddelocalizarelMPPverdaderobajo condicionesdesombreadoparcialtambiéninfluyeenelrendimiento.
CAPÍTULO4:SEGUIMIENTODELPUNTODEMÁXIMAPOTENCIA Pág.13 TablaI.CaracterísticasdealgoritmosdeseguimientodelMPP RndtoRapidPrecisCosteCalibrOtros TensiónconstanteSI TensiónproporcionalaVocSIInstantessingenerarpotencia Intensidadproporcionala IscSIInstantessingenerarpotencia PanelpilotoSIBasadoenlos2anteriores,evita instantesdemedida Perturbacióny observaciónNOMuyutilizado ConductanciaincrementalNOBastanteutilizado GradientedetemperaturaSI Gradientedetemperatura eirradianciaSINecesitaunpiranómetropara medirirradiancia LógicadifusaSIBuenoendíasdenubesyclaros. Necesitamuybuenajuste RedesneuronalesSISólofuncionabienconunbuen entrenamiento CapacitanciaparásitaNOComplejodeimplementarporla dificultaddemedirCpar Correlaciónderizadode ondaNO BarridodecorrienteSIInstantessingenerarpotencia Controldependientede tensiónenCbusNO Maximizacióndepotencia enlacargaNO Realimentacióndedp/dvNO Existendosmétodosquedestacanporencimadelresto,unodeellosesperturbacióny observación,elotroesconductanciaincremental.Ambostienenunrendimientoaceptable, sinllegaraserexcelente.Perturbaciónyobservacióntieneuncostealgomenor,porloquees condiferencialatécnicamásutilizada,especialmenteparapotenciasbajasymedias.En siguientesapartadossevaaexplicarconmásprofundidad.
CAPÍTULO4:SEGUIMIENTODELPUNTODEMÁXIMAPOTENCIA Pág.14
5 impl e foto v prop o entr a com o proc e obte n reali z radia medi cara a Dee eval u desil 5 . A N Parapod e e mentare n v oltaicosdis e o rcionalaV o a ríandentro o directos,p u Losperfil e e dendeuna n idosmedi a z adomedici ciónMac‐S o ciónporse g Aunqueel alassimula c stemodo, p u arelrendi m Lassimula c iciopolicris t C APÍTULO N ÁLISIS Y e revaluar e n MATLAB, e ñado.Los a o c,perturba c delosmét o u essufunci o e sdeirradi a medicióne n a nteunpira onesduran o la r ques e g undo,ycue n Fi g perfildeir r c ionesseha p aracada m m ientoenca d c ionesseha t alinode60 W 5: A NÁLISI S Y SIMU L e lfunciona m simulando a lgoritmos q c iónyobser v o dosindirec t o namientos e a nciaytem n unemplaz a nómetro,s o telarealiz e muestra e n taconme m g .5.1 Dosí m r adianciad e nclasificad o m étododes d atipodesi t nrealizado W ,cuyasca r S YSIMULACI Ó L ACIÓN D m ientodel a sufuncio n q uesevan a vaciónyco n t os,mientra ebasaenla peraturaq u amientocer o nde2009 acióndee e nFig.5.1. m oriaintern a m etroderadi a e cadadíap o entrestip o eguimiento, t uación,por paraunsist e r acterísticas Ó NDETÉCNI C D ETÉC N a sprincipal e n amiento c a analizars o n ductanciai n s quelosd o realimentac u esevan a canoalaci u ycontiene n s tetrabajo, Esteapara t a ycomunic a a ciónMac‐So l uedeprese n o s:soleado, ademásd e ejemploen e mafotovol semuestra n C AS MPPT N ICAS M e stécnicas c onelmo d o ntensiónc n cremental. súltimosse ióndelapo t a utilizaren u daddeZara n 12meses. utilizando t opueder e a ciónPCvía p a r n tarformas nubladoyc o e lrendimien díassolead o t aicoconsis t n enlaTabla P á M PPT MPPT,se v d elodep a c onstante,t e Losdospri m e puedencla t encia. lassimula c a goza.Estos d . Tambiéns eldosímet e alizarhast a p uertoserie muyvariad a o nnubesy c toglobals e o s. t enteenun II. á g.15 v ana a neles e nsión m eros sificar c iones d atos, ehan rode a una . a s,de c laros. e vaa panel
Pág. losd e sigui e trab a resul t siste m 22 Elalgoritm e lcicloprevi Posterior m e nteecuaci ó Elsignod e a jandoelsi s t adodeest o m a. Fig.5.8 Va l C APÍTULO omidelos v oIpyVp.Se m ente,sere ó n: d d e lvalorded P s tema,com o scálculos d l ordelacond 5: A NÁLISI S v aloresactu a a proximanl o dI dV a lizalaco m ( d PdIV d VdV P /dVdeter m o puedev e d eterminará 0, 0, 0, dP a dV dP e n dV dP a dV uctanciaincr e S YSIMULACI Ó a lesdeinte n o sincremen a a II VV m paracióne n )1 d Vd m inaráenqu e rseenlas ladirecció n la izquier d n el MPP la derecha e mentalenc a Ó NDETÉCNI C n sidadyten s tossegúne s p p I V n tredI/dV y 1 d IV V épartedel a siguientes e n decambi o d adelMPP del MPP a daregión de C AS MPPT s iónIayVa, u s tasexpresi o y I/Vcomo s I V a curvacara c e xpresiones o delatensi ó lacurvacara c u tilizandota m o nes: sedescribe cterísticaP‐ V yenFig. 5 óndetraba c terísticaP‐V m bién (5.2) enla (5.3) V está 5 .8.El jodel
CAPÍTULO5:ANÁLISISYSIMULACIÓNDETÉCNICASMPPT Pág.23 EnFig.5.9puedeobservarseelesquemadefuncionamientodeestealgoritmo.Unade susventajasesquelasoscilacionesalrededordelMPPenestadoestacionariosonmenos frecuentesqueconelalgoritmodeperturbaciónyobservación.Estoocurreporqueescapaz dereconocercuándosehaalcanzadoelMPP,dondeladerivadadelacurvaesmuypróximaa cero.Entonces,elsistemafijalatensióndetrabajo,quenocambiaráhastaquelaintensidad semodifiquedeformanotable. Fig.5.9 AlgoritmodeConductanciaIncremental Estotieneunacontrapartida,porejemploduranteundíaperfectamentesoleadola irradianciavacambiandomuylentamenteentreuncicloyelsiguiente,porloqueladerivada esmuybajayelalgoritmomantieneconstantelatensióndetrabajo.Enesasocasiones,elMPP puedellegaraalejarseconsiderablementedelpuntodetrabajosinohayningunavariación algobrusca,comounasombrapuntual,quemodifiqueelvalordelaintensidad.Paraevitar estosepuedeprogramarunamodificacióndetensióncadaciertotiempo,quedespierteel algoritmoyleobliguedenuevoabuscarelMPP.Otradesventajaessumayorcomplejidad, puestienequecalculardivisiones,porloquerequiereunhardwaremáspotenteparaser implementadoyportantosuponeunmayorcoste.
CAPÍTULO5:ANÁLISISYSIMULACIÓNDETÉCNICASMPPT Pág.24 Enlassimulacionessehaobtenidounrendimientoinferioral97%.Compartealgunos problemasdelmétodoperturbaciónyobservación,comolavariacióndelatensiónenla direccióncontrariaalMPPcuandoseincrementalairradianciabruscamente.Bajosombras parcialestambiénsecomportacomoperturbaciónyobservación,seaproximahaciaelmáximo local,quepuedeserelglobalono. 5.5 RESULTADOSDELASSIMULACIONES LaTablaIIImuestralosrendimientosobtenidosenlassimulacionesparacadaunodelos métodosevaluados.Semuestratantoelrendimientoglobalcomoelobtenidoparacadatipo desituaciónmeteorológica.Losresultadosnodebeninterpretarsecomovaloresexactos,pero danunabuenaideadelasposibilidadesyelrendimientoquesepuedeobtenerconcadauno delosmétodos. TablaIII.Resumendelassimulaciones GlobalDíasoleadoDíanubladoDíadenubesy claros Tensiónconstante15V96.25%97.03%95.95%95.21% Tensiónproporcionalala decircuitoabiertok v =0.897.31%97.67%96.25%97.34% Perturbaciónyobservación ΔV=0.397.99%99.40%95.54%96.83% Conductanciaincremental ΔV=0.396.79%99.14%95.60%94.28%
CAPÍTULO6:ANÁLISISDEPROBLEMASDETECTADOS Pág.25 6. ANÁLISISDEPROBLEMASDETECTADOS Unodelosobjetivosdeestetrabajoconsisteendiseñarunalgoritmodeseguimientodel puntodemáximapotenciaparaunsistemafotovoltaicoquemejorelastécnicasanteriormente presentadasyconsigaunrendimientosuperiorenelseguimientodelpuntodemáxima potencia.Paraello,enprimerlugar,sevanaanalizarlosproblemasdelosmétodosmás comunes,detectadosapartirdelassimulacionesanteriores,queimpidenqueestastécnicas tenganunrendimientomayor. 6.1 VARIACIÓNDELATENSIÓNENELSENTIDOCONTRARIOALMPP Unproblemaimportantedelosmétodosdirectos,comoperturbaciónyobservacióny conductanciaincremental,eslaposibilidaddevariarlatensiónensentidoopuestoaladel MPPcuandolairradianciaaumentadeformaimportante.Estoocurreporquequebajoestas circunstancias,lavariacióndepotenciaentreunamedidaylaanteriorestádeterminadapor dosfactores. Lavariacióndelatensiónejecutadaporelalgoritmo,yportantodelpuntode trabajodentrodelacurvaI‐V.Encasodemodificarseenelsentidoopuestoal MPP,provocaunadisminucióndelapotencia. LavariacióndelapropiacurvaI‐V,yportantodelaP‐Vporelcambiode irradiancia.Siaumenta,lacurvasedesplazahaciaarriba,provocandoun incrementodelapotenciadesalidadelsistemafotovoltaico. Sielaumentodepotenciadebidoalsegundopuntosuperaaladisminucióndebidaal primero,laconsecuenciaesquelapotenciaaumentaaunvariandolatensiónenelsentido contrarioalMPP,comopuedeverseenFig.6.1.Elresultadoesqueelalgoritmoseconfunde,y continúamodificandolatensiónensentidocontrario.Cuantomásalejadoestáelpuntode trabajodelMPP,mayoreslapérdidadepotenciaentrecadaciclodebidaalprimertérmino, porloquecuandoyaestámuyalejadoelalgoritmovuelvearecuperarelsentidocorrecto. Enlapráctica,laconsecuenciaesquecuandoaumentabruscamentelairradianciase produceunaescaladaenformadezigzagquealejalatensióndetrabajodeladelMPP. Aunqueestatendenciaesinevitablepuedereducirse,comopuedeobservarsecomparando Fig.6.2conFig.6.3.Anteunabajadabruscadelairradiancia,entrecicloyciclosiemprebajará lapotencia,porloqueseproduciráncambiosdedireccióncontinuamente,provocandouna bajadacasienlínearectaquenosecorrespondedeltodoconelseguimientoidealdelMPP, cuyatrayectoriaesalgocurva.
Pág. Fig.6 . pequ e tensi ó Fig.6 . están 26 . 1 Cambio d e ñolapoten c ó nmayorsell . 2 Respues t dar C APÍT U d eunpunto c iaen2aes m egaa2byes t t aaunincre m U LO 6: A NÁL I a otroduran t m ayorqueen t onoocurre m entodeirr a I SISDEPROB t eunincrem e 1peseaale j a dianciacon LEMASDETE e ntodeirra d j arsedelMP P elalgoritmo CTADOS iancia.Conu P ,mientrasq u deperturba c u npasodet e ueconunpa c iónyobser v e nsión sode v ación
Fig.6 . obse r ene s prop i aum e tiem p pote n zona s recu r 6.2 des e som b lami men o ocasi cerc a tant o . 3 Respues t r vaciónmejor a Eltamaño s teproblem i oincremen t e ntodeirr a p oentrecicl n ciadebido a Esteprobl e s geográfica s r sosolares m SOMBRE A Elsombre a e guimiento, b readoparci smailumin a o siluminada Aunquee s onesnoes a nosquepr o Lospanel e o ,portodas C APÍT U t aalmismo a do depasode t a.Unpaso t odetensi ó a diancia.Co n oyciclo,se a estefacto r e maocurre s sonmuyf r m ásescaso, e A DOPARCI A a doparcial e directose allasituaci ó a ción.Tambi squeelres t s evidente q posible.E n o yectansom b e sfotovolta i lascélulas p U LO 6: A NÁL I incremento t ensiónasí c detensión ó nseamay o n unafrecu rámenorla r . principalme r ecuentes. E e simportan t A L e sunodel o indirectos, ó ndondeen é nesaplica b t o,oalaco m q uedebee n determina b rasobrelo s i cosestánf o asalamism I SISDEPROB deirradia n c omolafrec u altoprovoc a o r,reducien d enciadef u variaciónd e e nteendías E nsistemas a t econseguir o sprincipale s siendosu s unaagrupa bleaunúni m binaciónd e vitarseat o dasinstala c s panelesdu ormadosp o aintensida d LEMASDETE n ciaconun u enciadefu a quelava r d olainflue n u ncionamien t e irradiancia denubesy a isladosdur elmáximo a s problema s s oluciónmá s ciónenseri e copanelqu e e amboscas o o dacostaq c ionespued e rantedeter m o runasuce s d ,ylatensió CTADOS algoritmod n cionamien t r iacióndep n ciadelav a t oalta,al t yportanto claros,que a nteestos d a provecham i s paralama y s compleja. e depanele s e tienealgu n o s. u eocurra e e nexistirá r m inadosmo m s ióndecél u n resultante P á d eperturbac i t oinfluyen m otenciade b a riaciónde b t ranscurrir m elincreme n endetermi d ías,enlos q ientoposibl e yoríadem é Seentiend s notodosr e nasdesus c e stasituaci ó rbolesoe d m entosdel d u lasenseri e eslasuma á g.27 i óny m ucho b idaal b idaal m enos n tode nadas q ueel e . é todos epor e ciben c élulas ó n,en d ificios d ía. e .Por delas
Pág. tensi o tem p célul a ilumi Por e cort o nega t dela que p lasc u som b cons e may o agru p local . para pued ene s Fig 28 o nesindivi d p eratura,el a individual. Lacorrien t nadas,mien e sto,porun o circuito,vi é t iva,esdeci célula.Enl a p uenteanla s Enunpan e u rvasI‐Vind b readopar c e cuencia,la s o r,eldem á p aciónense Muchosal g . Sinembar g determinar eserono s s tasituación . g .6.4 Curva s C APÍT U d ualesdec a aspectode t edecorto c trasquela c acélulaso m é ndoseforz a r,absorbe p a práctica,e s s célulasen e e lformado p ividuales,c o c iallascur v s curvasP‐ V á ximapoten riedepanel e g oritmosde g o,enelcas o cuáleselm s erelmáxi m . s característic U LO 6: A NÁL I a dacélula. S lascurvasI ‐ c ircuitode u c orrientequ e m breadapo d a daatraba j p otencia.Est s habitualq u e stetipode s p orvariasc é o mopuede v v asI‐Vde V presentan cia,comos e e snounifor m seguimient o decurvas c a yor.Enotr a m oglobal.L o asparapanel I SISDEPROB S itodases t ‐ VyP‐Vdel u nacélula s e circulapo r d ríacircular j arenuná opodríapr o u elospanel e s ituaciones. é lulasenser v erseenFig. lospaneles múltiplesp e muestra e m ementeil u odirectos e c onvariospi a spalabras, o smétodos i esdecaracte LEMASDETE t ánigualme n conjuntoe s ombreada e variascélul a unacorrien reaenelq o vocarcale n e sesténpro ie,sucurva 6.4yFig.6. 5 presenten icos,pudie n e nFig.6.6. T u minados. e stándiseña d cosnoson c buscanel m i ndirectost a rísticassimila CTADOS n teilumina d s uniforme, e sinferiora a senserie d tesuperior uelapote n tamientoe t egidospor I‐Veselres 5 .Poresto, e unaspect o dosercual q T odoesto e d osparaal c apacesdea n áximolocal mpocosuel e rescondifer e d asyala m similarald a ladelas c d ebeserla m asucorrie n n ciaentreg a inclusolar u diodosdeb y ultadodea g e ncondicio n o escalonad q uieradee e saplicable c anzarunm nalizartodo s máscercan o enfunciona e nteiluminac i m isma euna c élulas m isma. n tede daes u ptura y pass, g regar n esde o.En l losel auna á ximo s ellos o ,que rbien i ón
Fig. Fig. 6 6.5 Curvac a 6 .6 Curvac a C APÍT U a racterísticaI a racterística P U LO 6: A NÁL I ‐Vresultante P ‐Vresultante I SISDEPROB paratrespa n e paratrespa n LEMASDETE n elesenserie n elesenserie CTADOS nouniforme m nouniforme m P á m enteilumin a m enteilumin a á g.29 a dos a dos
CAPÍTULO6:ANÁLISISDEPROBLEMASDETECTADOS Pág.30 6.3 OTROSPROBLEMAS Otrofactoratenerencuenta,sobretodoenlosmétodosdirectos,eslavelocidadde acercamientoalMPP.Alincrementarlatensiónpasoapaso,cuandopartedeunaposición alejadaalMPPoseproduceuntransitoriorápidopuedetardarbastantesciclosenalcanzarlo, especialmentesieltamañodepasodetensiónespequeño.Esto,unidoaotrosproblemas, especialmenteelqueprovocaquemodifiquelatensiónensentidocontrario,provocaun descensodelrendimientoglobal. Elmétododeperturbaciónyobservación,cuandohaalcanzadoelMPP,oscilaentornoa estepunto.Puedeminimizarsereduciendoelpasodetensión,peroestoempeoralos problemasanteriores,ralentizandoelalcancedelMPPypropiciandolavariacióndetensiónen sentidoincorrecto. Enlosmétodosindirectos,elprincipalproblemaeslafaltadeprecisión.Enelmétodode tensiónproporcionalalatensióndecircuitoabierto,lanecesidaddeabrirelcircuitopara realizarmedidasafectaalrendimiento,puesduranteestetiemponoseproducepotencia.
CAPÍTULO7:DISEÑODEALGORITMODESEGUIMIENTODELMPP Pág.31 7. DISEÑODEALGORITMODESEGUIMIENTODELMPP TrashaberanalizadolosprincipalesproblemasdelosmétodosMPPT,sevaaproceder aldiseñodeunatécnicamásavanzadaquetratedesolucionarlos.Seintentaráqueseaun métodoquepuedaserfácilmenteincorporadoenreguladoresoinversoresfotovoltaicos,ycon lassiguientescaracterísticas: Altorendimientodeseguimiento,encualquiercondiciónclimática. Simplicidadyposibilidaddeserimplementadoenundispositivoelectrónicode bajocoste. Bajaonulaoscilaciónentornoalpuntodemáximapotenciaunavezalcanzado. RapidezparaalcanzarelMPPdesdecualquiertensióninicial. BajaonulaprobabilidaddevariarlatensiónensentidoopuestoalMPP. DeteccióndelMPPverdaderoencondicionesdesombreadoparcial. AcontinuaciónsemuestranideasinnovadorasparamejorarelseguimientodelMPP. Todasellasseevaluaránmediantesimulación,yenfuncióndelosresultadosseránincluidaso noeneldiseñofinal. 7.1 SENSORDEIRRADIANCIA Comosehavisto,lamayoríadelosproblemasdelseguimientodelMPPsondebidosa loscambiosdeirradianciayalsombreadoparcial.Poresto,enestetrabajoseproponedotaral sistemadesensoresquemidanestamagnitud. Enlaeleccióndeltipodesensordeirradianciadebetenerseencuentasuprecisiónysu coste.Unpiranómetroesmuypreciso,peroextremadamentecaro.Porotrolado,los fotodiodosofototransistoressoneconómicosperoproporcionanunarespuestapocoprecisa ynolineal.Aunasí,sonlaopciónidealparaestesistema.Unfotodiodopermiteunamedición nomuyprecisadelairradiancia,asícomodeterminarsiesconstanteoestácambiando. Lacolocacióndelosfotodiodosesimportante.Loidealseríaqueestuvieran incorporadosenlospropiospaneles,enlosbordesoenloshuecosentrelascélulasquetienen algunosmodelos,comolosdeFig.7.1.Siestonoesposible,tendríanqueserinstaladoslomás próximoposibleaellos.
Pág. Mét o Tens i Tens i deci r Pert u Cond mét o pert u han expli c mue s met e 7.4. 1 segu i muy prác t obte n C 38 o dodiseñad o i ónconstant i ónproporc r cuitoabiert u rbaciónyo b d uctanciainc Elrendimi e o dosanterio u rbaciónyo b permitido m c aelcompo s trauneje m e orológicas v F 1 DÍASSO L Endíass o i mientodel bueno,pu e t icamentes e n idoconel a C APÍTULO 7: o e ionalala o b servación remental e ntoglobal e res.Enlas b servación. E m ejorarels rtamientoe m plodesim u v ariadas,enl F ig.7.5 Seg u L EADOS o leadosse h MPPdurant e slasrepr e e solapane a lgoritmod e D ISEÑODE A TablaIV. R Global 98.62% 96.25% 97.31% 97.99% 96.79% e sdel98.6 2 s imulacione s E stodemue s e guimiento ncadatipo u laciónque aquepued e u imientodel M h aconsegui d edosdías d e sentacione ntodomo m e perturbaci A LGORITMO D R esultadosd e Díasolea 99.62 % 97.03 % 97.67 % 99.40 % 99.14 % 2 %,superior s haobteni d s traquelas delpunto d dedía:sole a incluyevari o e observarse M PPdurante d ounrend i d eestetipo. sdelap o m ento.Este ónyobser v D ESEGUIMIE N e lassimula c doDían % 98 % 95 % 96 % 95 % 95 alobtenid o d omásde mejorasinc o d emáxima a do,nublad o o sdíasno c quesepro d varios días n o i mientodel Puedeobs e o tenciaobt e rendimient v aciónestán d N TODEL MP c iones ublado . 23% . 95% . 25% . 54% . 60% concualqu mediopunt o o rporadash a potencia. A o odenube s c onsecutivos d ucenpocas o consecutivo s 99.62%.Fi g e rvarseque e nidayla p oesligera m d ar,quede s P P Díadenub e claros 97.37% 95.21% 97.34% 96.83% 94.28% ieradelos c oporcentu a a nsidoposi t A continuaci syclaros.F i s ,concondi c desviacione s s g .7.6mue s elseguimie n potenciam m entesupe r s tacaporsu e sy c uatro a lque t ivasy ónse i g.7.5 c iones s . s trael n toes áxima r ioral buen
funci cara c mét o aum e baja i Fig.7 . dosd í Fig.7 . días d C onamiento e c terísticaP‐ V o do,encasi t e ntosdeirra i rradiancial a . 6 Perfilde í assoleados d . 7 Puntod e d elafiguraan C APÍTULO 7: e ndíassole V alolargo d t odomome n dianciasep a técnicaca m lapotenciad e d everano. e trabajoden t terior. D ISEÑODE A a dos.Fig.7 . d eestosdo s n tolatensi ó roducenzig z m biaatensi ó e salida,enn e t rodelacur v A LGORITMO D . 7represen t s días.Pued ó ndetrabaj o z agconmuy ó nproporci o e gro,ydela p v aP‐V,enne D ESEGUIMIE N aelpunto d eobservars e o estámuy p pocaampli t o nalaladec p otenciaextr a gro,frentea l N TODEL MP d etrabajod e elbuenfu p róximaala t ud.Puedea i rcuitoabier t a íbleenelMP ideal,enaz u P P P á d entrodela u ncionamien ideal.Dura n a preciarseq u to. P P,enazul,d u u l,durantel o á g.39 curva t odel n telos u econ u rante o sdos
Pág. 7.4. 2 consi Fig. 7 nubl a Fig.7 . dosd í Fig.7 . días d C 40 2 DÍASNU Endías n derableme n 7 .9puede o a dos. . 8 Perfilde í asnublados. . 9 Puntod e d elafiguraan C APÍTULO 7: BLADOS n ubladoss e n tesuperior o bservarse e lapotenciad e e trabajoden t terior. D ISEÑODE A e hancon alconsegui d e lseguimie n e salida,enn e t rodelacur v A LGORITMO D seguidore d oconcual q n todelMP P e gro,ydela p v aP‐V,enne D ESEGUIMIE N ndimientos q uieradela P durante d p otenciaextr a gro,frentea l N TODEL MP del98.2% s otrastécn d osdíaspr e a íbleenelMP ideal,enaz u P P % .Esteval o icas.EnFig. e dominante m P P,enazul,d u u l,durantel o o res 7.8y m ente u rante o sdos
7.4. 3 Fig. 7 Fig.7 . undí a Fig.7 . figur a C 3 DÍASDE Porúltimo , 7 .11muestr a . 10 Perfilde a connubesy . 11 Puntod e a anterior. C APÍTULO 7: NUBESYC L , endíasde a nelseguimi lapotenciad e claros. e trabajodent D ISEÑODE A L AROS nubesycla r entodelM P e salida,enn e rodelacurv a A LGORITMO D r oselrendi m P Pduranteu e gro,ydela p a P‐V,ennegr D ESEGUIMIE N m ientoobte n ndíadeest a p otenciaextr a o,frenteali d N TODEL MP n idoesdel 9 a scaracterís t a íbleenelMP eal,enazul, d P P P á 9 7.37%.Fig. 7 t icas. P P,enazul,d u d uranteeldí a á g.41 7 .10y u rante dela
Pág. 7.4. 4 som b alini sobr e conti pico d dela que p obse r Fig.7 . Fig.7 . C 42 4 SOMBR E Porúltim o b readoparci cioestánu n e dosdeell o núacon10 0 d eladerec h scurvasse e p erturbació n r varsequéh . 12 MPPTdu . 13 MPPTdu C APÍTULO 7: E ADOPARCI A o ,semuest al.EnFig.7. n iformemen t o s,unoacab a 0 0W/m2.El h a,perolue g e stableceu n n yobserva c ubierapasa d ranteelesta b ranteelesta b D ISEÑODE A A L r aelfunci o 12sehare p t eiluminad o a rárecibien d seguimient o g opasaase r n atensióni n c iónalcance d oconlaté c b lecimientod e b lecimientod e A LGORITMO D o namiento d p resentadol a o sa1000W / d o200W/m o idealtien e r mayoreld n icialde56 V elmáximo c nicadeper t e sombraspa e sombraspa D ESEGUIMIE N d elmétodo a scurvasP‐ V / m2.Progre s 2,otro600 W e unsaltop o elcentro.P o V ,ytrasel s enunospo c t urbacióny o rciales conel rcialesconp e N TODEL MP diseñadoe n V detrespa n s ivamente, a W /m2,mien t o rquealpri n o rello,tras e egundode 3 c ospasos.E o bservación t algoritmodis e e rturbacióny o P P ncondicion n elesenser i a parecenso m t rasqueelt e n cipioesma elprimeres 3 5V,permi t nFig.7.13 p tradicional. eñado o bservación esde i eque m bras e rcero yorel caneo t iendo p uede
tiem p ocur r Fig.7 . diseñ a Fig.7 . pertu C EnFig.7.1 p o.Entodo r iríasineles . 14 Evolució n a do . 15 Evolució n rbaciónyobs C APÍTULO 7: 4seharep momentola caneadode n delapote n n delapoten c ervacióntrad D ISEÑODE A resentadol a potenciae n lacurva,co m n ciadurante e c iaduranteel icional A LGORITMO D a potencia e n tregadaest m opuedec o e lestablecim establecimie D ESEGUIMIE N e ntregaday ácercanaa o mprobarse e i entodeso m ntodesomb r N TODEL MP lapotencia lamáximad e nFig.7.15. brasparciale r asparciales c P P P á máximafre d isponible.E s e sconelalg o c onelalgorit m á g.43 nteal s tono ritmo m ode
CAPÍTULO7:DISEÑODEALGORITMODESEGUIMIENTODELMPP Pág.44
CAPÍTULO8:CONCLUSIONESYLÍNEASDEINVESTIGACIÓNFUTURAS Pág.45 8. CONCLUSIONES Y LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN FUTURAS Elrendimientodeseguimientodelpuntodemáximapotenciaesunodelosfactoresque influyendirectamenteenlaeficienciadeunainstalaciónfotovoltaica.Sinembargo,los sistemasqueactualmenteseimplementanenlosinversoresyreguladoressonmejorables.Los métodosindirectostienenproblemasdeprecisión,mientrasquelosdirectospuedenfallar cuandolascondicionesambientalesdeirradianciaytemperaturavaríanconrapidez.Además, cuandohaysombreadoparcialsobrelospanelesnosoncapacesdereconocerelmáximo globaldepotencia. Numerososgruposdeinvestigaciónpúblicosyprivadosentodoelmundoestán trabajandoenmétodosdeseguimientodelpuntodemáximapotencia,muestradeelloesla cantidaddepublicacionesqueaparecencontinuamenteenrevistasespecializadas.Existeun elevadísimointerésporpartedelosfabricantesdeinversoresfotovoltaicosdedesarrollarun métodosuperioraldesuscompetidoresquelespermitatenerelmodelomáseficientedel mercado. EnesteTrabajoFindeMástersehadiseñadounmodelodepanelfotovoltaicointegrado conunaaplicaciónquepermitesimularlosprincipalesalgoritmosdeseguimientodelpuntode máximapotencia.Paracadaunadeestastécnicassehapodidoanalizarsurendimiento,su comportamientoencadasituación,asícomoobservarlacausadesusprincipalesproblemas. Todoestohapermitidodefinirunoscriteriosconlosquediseñarunmétodode seguimientoquemejorealosactuales.Sehanprobadodiferentesideasparasolucionarlos problemasdetectados,simulándoseparadecidirsiseincluyeneneldiseñofinal.Los resultadosteóricosobtenidosconelmétododiseñadohansidopositivos,elrendimiento calculadoessuperioralobtenidoconlosmétodostradicionalesmásutilizados,bajocualquier condiciónclimática.Portodoesto,puedeafirmarsequesehaconseguidoelprincipalobjetivo propuesto. Estetrabajohaabiertounalíneadeinvestigaciónacercadetécnicasdeseguimientodel puntodemáximapotencia.Sucontinuaciónnaturalseríalaetapaexperimental,consistente enhacerfuncionaryevaluarelmétododeseguimientodiseñadoenunsistemafotovoltaico real.Elalgoritmopodríaserimplementadoenundispositivodigital,comoun microprocesador.Seríanecesariounbancodeensayosconpanelesfotovoltaicose instrumentaciónelectrónicademedida,ademásdeotroscomponenteselectrónicos.
CAPÍTULO8:CONCLUSIONESYLÍNEASDEINVESTIGACIÓNFUTURAS Pág.46 LaevaluaciónexperimentaldelmétodoMPPTpermitiríacomprobarsilosresultados teóricosderendimientoquesehanobtenidocoincidenconloqueproporcionaelsistemareal, ydescubrirsiexistealgúnfactorimportantequenosehaconsideradoenelmodeloteórico. Otrafuturainvestigaciónrelacionadaconestetrabajoseríaeldiseñodeunatécnicacon laqueobtenerconprecisiónlosparámetroscaracterísticosdelospanelesfotovoltaicos, especialmentelasresistenciasinternasylascapacidadesparásitas.Paraestoseríainteresante realizarpruebasconelmodelodepaneldiseñadoenMATLAB,comparandolascurvas característicasquerepresentaconlasobtenidasdirectamentedelospanelesreales. Otraposiblecontinuacióndeestetrabajoseríaperfeccionarelalgoritmo,añadiendo nuevascaracterísticasuoptimizandoalgunosparámetros,conelobjetivodeaumentarel rendimientodeseguimientodelpuntodemáximapotencia.
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