Dpto: Electrónica y Telecomunicaciones

DISEÑO Y IMPLEMENTACION DE UN

SISTEMA CE CONTROL DE CARGA Y

MXIMA TRASFERENCIA DE POTENCIA,

DE UN PANEL SOLAR A UNA BATERIA.

Antenor S. Aliaga Zegarra Ph.D. (USA)

Jefe (e). Dpto de Electrónica.

1

Aplicaciones de Energía Foto-eléctrica

Energía eléctrica a pequeños pueblos o casas, granjas, etc.

Bombeo de Agua, consumo, sistemas de irrigación

Sistemas de emergencia

Energía a Sistemas de Comunicaciones Remotas

Generación de Energía, y venta a la red.

2

Energía Solar: Paneles, Baterías, Controladores

3

Implementación MPPT

4

PANEL SOLAR BATERIA CARGABUCK

CONVERTER

uP

16F690

TERMINAL

PC

PWMVp

IP

Curvas: V-I de un panel solar vs Intensidad

de Radiacion Solar : G (Watts/m2).

V-I características de un panel solar a diferentes valores de

intensidad de radiación solar y temperatura estándar (25°C)

P = Vp Ip

1/R

5

PSVp

Ip

R

+

I-V características a radiación estándar y diferente temperaturas

6

Curvas: P-V de un panel solar vs Intensidad de

Radiacion Solar : G (Watts/m2).

P-V características de un panel solar a diferentes valores de

intensidad de radiación solar y temperatura estándar (25°C)7

Punto de Máxima Potencia Ingles: (MPP)

8

Justificación de operación en el punto de máxima

potencia MPPT

PANEL SOLAR

MPP: (Vmp,Imp)

BATERIA

Vb

CARGA

Vb

Vb

POD

P(v)I(v)

Curvas I(v), P(v) , Características de un Panel Solar

P = VI

9

Vb Vb

Implementación de MPPT

PANEL SOLAR BATERIA CARGABUCK

CONVERTER

Buck Converter

on

off

PWM

t

sp

10

Implementación MPPT

11

PANEL SOLAR BATERIA CARGABUCK

CONVERTER

uP

16F690

TERMINAL

PC

PWMVp

IP

Simulación,-> Modelos

• Panel Solar

• Batería

• Carga

Moldelo de una celda solar

12

rs

Modelo de un Panel Solar

13

N celdas

en serie

Vd

Vd

Vd

Vp

Ip

rs

rs

rs

-N Vd + N Ip rs + Vp = 0

Id = Io [exp(Vd/nVt) – 1]

Vt = 26 mV @ 25 °C

Rs = N*rs n = 1-2 tipo de celda

Vp = n N Vt ln[(Ipsc-Ip-Io)/Io] – Ip Rs

Vp = n N Vt ln[(Ipsc-Ip)/Io]

+

-

Determinación de parametros del Panel Solar

14

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45Vp vs Ip PANEL (DATA-01)

Voltaje V

Corr

iente

A

Vp = n N Vt ln(Ipsc-Ip) - n N Vt ln(Io)

Vp Ip

0.00 0.45

4.57 0.44

7.71 0.38

8.60 0.27

9.00 0.22

9.21 0.19

9.36 0.16

9.46 0.14

9.55 0.12

9.61 0.11

10.08 0.00

y = m x + b

m = n N Vt

b = n N Vt ln (Io)

x = ln(Ipsc – Ip)

DATA- 01

P

SVp

Ip

R+

Ecuación lineal del modelo del panel solar

15

-5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.54

5

6

7

8

9

10

11AJUSTE LINEAL DE DATA-01 Y MODELO

Voltaje

(V)

ln(Ipsc-Ip)

DATA-01

MODELO

m = 1.4012

b= 11.1238

Io = 3.5 * 10-4 A

Vp = 1.4012 ln[(0.45 – Ip)/Io]

Comparacion de modelo vs panel

16

0 2 4 6 8 10 120

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45PANEL DATA-01 Y MODELO

Voltaje(V)

Current (A

)

DATA-01

MODELO

Vp = 1.4012 ln[(0.45 – Ip)/Io]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

0.5

1

1.5

2

2.5

3POTENCIA PANEL Y MODELO

Voltaje (V)P

ote

ncia

(W

ats

) Pmax

DATA-01

MODELO

Simulación de MPPT-PWM

17

L d(iL)/dt = Vp(iL) – iL(t)*RL - Vb L diL/dt = -iL(t)*Rl - Vb

L diL/dt = Vp(iL) * d(t) – iL(t)*RL - Vb Vp = 1.4012 ln[(0.45 – Ip)/Io]

Resultados de simulación usando Matlab

18

Fpwm = 2000 Hz

Fs = 20 * F pwm

L = 20 mH

RL = 0.85 ohm

Vb = 6 Volts

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 160

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4CORRIENTE EN EL INDUCTOR IL

Tiempo ms

Corr

iente

Am

p.

Simulacion del Buck Converter

19

0 2 4 6 8 10 12 14 160

2

4

6

8

10

12PANEL Vp, IL,Ip y PWM

Tiempo ms

Vol

atje

(V

), C

urre

nt (

A)

Vp

d

Ip IL

Simulación de la Potencia Instantánea del Panel

20

0 2 4 6 8 10 12 14 160

2

4

6

8

10

12 PANNEL Pot,Vp,Ip

Tiempo ms

Pot

(W)

Vp (

V)

Ip(A

) Vp

Pot

Ip

Simulación de valores Promedio

21

0 2 4 6 8 10 12 14 160

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4PRMD. INDUCTOR CORRIENTE IL & Isp

Tiempo ms.

Corrie

nte A

mp

0 2 4 6 8 10 12 14 160

2

4

6

8

10

12AVRG. PANEL Pot-a, Vap,Iap,

Tiempo ms.

Pot

(W)

Volt (

V)

I (A

)

Vap

Pot-a

Iap

Justificación de operación en el punto de máxima

potencia MPPT

PANEL SOLAR

MPP: (Vmp,Imp)

BATERIA

Vb

CARGA

Vb

Vb

POD

P(v)I(v)

Curvas I(v), P(v) , Características de un Panel Solar

P = VI

22

Vb Vb

Implementación MPPT

23Ver video !!!!!!!

Implementación MPPT

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PANEL SOLAR BATERIA CARGABUCK

CONVERTER

uP

16F690

TERMINAL

PC

PWMVp

IP

Gracias …

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