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UNIVERSIDAD DE OVIEDO Manuel Rico Secades

PANEL SOLAR Trabajaremos con módulos fotovoltaicos de capa

fina .

•Presenta ciertas ventajas por el diferente

comportamiento que esta tecnología tiene ante la

radiación solar y las condiciones ambientales:

•Mejor comportamiento de la producción energética

del módulo frente al incremento de la temperatura.

•Mejor aprovechamiento de la radiación solar difusa.

•Mejor producción energética con módulos

posicionados en horizontal y vertical.

•Mejor comportamiento frente a sombreados

parciales o suciedad.


PANEL SOLAR

Módulo amorfo unisolar: UNISOL PV-43

(Fabricante Soliker: Salamanca) Tensión de vacio:

63 V

Corriente de cortocircuito:

1.16 A

Punto de máxima potencia (PMM)

47 V y 0.92 A = 43 W

Dimensiones y peso:

1245 mm x 635 mm x 6.5 mm

13.5 Kg

Datos en las siguientes condiciones:

STC = 1000 W/m2 AM =1.5 TA= 25 ºC


PANEL SOLAR

1.16

iP [A]

vP [V] 63

MPP

43 W 1000 W/m2

0.92

47

1000 W/m2

800 W/m2

UNISOL PV-43

Nota:

Cada diodo:

1.64 V (vacio)

1.33 V (MPP)

38 diodos en serie


CARGA

+

+-

-

PANEL

SOLAR

Vp

Ip

VB

IBID

IL

IT

PANEL SOLAR

Convertidor continua-continua

Elevador-Reductor (Buck-Boost)

Frecuencia de conmutación elevada (valores típicos 30 – 50 KHz)

Control para seguimiento del punto de máxima potencia

MPPT = Maximum Power Point Tracking


PANEL SOLAR

CARGA

+

+-

-

PANEL

SOLAR

Vp

Ip

VB

IBID

IL

IT

iO

iM iL

t dT (1-d)T

T

Modo de conducción continuo

(CCM)

iM

iL

t dT (1-d)T

T

Modo de conducción dicontinuo

(DCM)


iO

iM iL

t dT (1-d)T

T

iM

iL

t dT (1-d)T

T

PANEL SOLAR

iM

iL

t dT (1-d)T

T

FRONTERA CCM - DCM

CCM DCM


PANEL SOLAR

iL

t

Transitorio de arranque

Régimen permanente

La etapa de potencia se

diseña en Régimen

permanente.

La dinámica del sistema

corresponde a un sistema

de segundo orden (2 polos).

Se puede modelar para

diseñar el regulador

adecuado.


PANEL SOLAR

CARGA

+

+-

-

PANEL

SOLAR

Vp

Ip

VB

IBID

IL

IT

+

Vp

IL

IT

IL

VB

ID

Intervalo dT

(transistor cerrado TON)

Intervalo (1-d)T

(transistor abierto TOFF)

ECUACIONES EN CCM


tL

Viti POL )(

PANEL SOLAR

+

Vp

IL

IT

TdL

Vii POM

iO

iM iL

t dT (1-d)T

T

Intervalo dT



tL

Viti BML )(

PANEL SOLAR

TdL

Vii BMO )1(

iO

iM iL

t dT (1-d)T

T

IL

VB

ID

Intervalo (1-d)T


iO

En régimen permanente empieza el

intervalo el iO y termina en el mismo

punto


iO

iM iL

t

dT (1-d)T

T

PANEL SOLAR

iO

iM iT

t

iO

iM

t

+

Vp

IL

IT

Intervalo dT


IL

VB

ID

Intervalo (1-d)T


iD


PANEL SOLAR

iO

iM iT

t

CARGA

+

+-

-

PANEL

SOLAR

Vp

Ip

VB

IBID

IL

IT

iP

La corriente que obtenemos del panel es el

valor promedio de la corriente por el

transistor

dii

i OMP

2


PANEL SOLAR

CARGA

+

+-

-

PANEL

SOLAR

Vp

Ip

VB

IBID

IL

IT

iB La corriente que entregamos a la carga es

el valor promedio de la corriente por el

diodo

)1(2

dii

i OMB

iO

iM

t

iD


PANEL SOLAR

CARGA

+

+-

-

PANEL

SOLAR

Vp

Ip

VB

IBID

IL

IT

Obviamente se cumple que la potencia que extraemos del panel es la que

entregamos a la carga

BP PP BBPP iViV

dii

i OMP

2

)1(2

dii

i OMB

dVdV BP 1

d

d

V

V

P

B

1

Relación de

transformación del

Elevador – Reductor

(en CCM)


PANEL SOLAR

CARGA

+

+-

-

PANEL

SOLAR

Vp

Ip

VB

IBID

IL

IT

d

d

V

V

P

B

1

Comentarios importantes:

1.- No depende de la frecuencia

2.- No depende de la carga

3.- Es válida mientras estemos en CCM

P

B

V

V

d 1 0.5

1

d= 1

Interruptor siempre cerrado

Panel en cortocircuito

d=0

Interruptor siempre abierto

Panel abierto

BP

B

VV

Vd


PANEL SOLAR

1.16

iP [A]

vP [V] 63

0.92

47

PUNTO DE OPERACIÓN BUSCADO

(MPP)

d=0

d=1

d = dMPP


PANEL SOLAR FRONTERA ENTRE CCM Y DCM

)1(2

di

i MB

d

d

V

V

P

B

1

iM

iL

t dT (1-d)T

T Td

L

Vi PM

22

2BP

PBB

VV

VV

L

Ti

di

i MP

2

22

2BP

BPP

VV

VV

L

Ti

Corrientes en el panel y la batería en la frontera

Ecuaciones en la frontera

0Oi


PANEL SOLAR

1.16

iP [A]

vP [V] 63

0.92

47

CORRIENTES BAJAS

(DCM)

FRONTERA CCM - DCM

CORRIENTES ALTAS

(CCM)

PUNTO DE OPERACIÓN BUSCADO

(MPP)


PANEL SOLAR

CONTROL DESDE MICROCONTROLADOR

CARGA

+

+-

-

PANEL

SOLAR

Vp

Ip

VB

IBID

IL

IT

IB +VCCVBGNDPWM

CONTROL

(MCU)

RS

R1

R2


PANEL SOLAR

DISCUSIÓN:

ESTRATEGIA DE CONTROL ANTE DISTINTAS CARGAS

1.- VACIO

2.- CARGA RESISTIVA

- Entregar la máxima potencia a la carga (MPPT)

- Estabilizar tensión de salida

- Estabilizar corriente

3.- BATERIA

- Carga de la batería con máxima corriente (MPPT)

- Protección de la batería

- Corriente de mantenimiento


PANEL SOLAR

Ejemplo de diseño:

Carga de una batería de 36 voltios desde el panel UNISOL PV-43 con seguimiento del punto de

máxima potencia.

Frecuencia de conmutación 25 KHz

Seleccionar inductancia L para que la frontera entre CCM y DCM, esté aproximadamente con

el panel a 60 voltios / 0.2 amperios

CÁLCULOS

F = 25 KHz T = 40 S

BP

B

VV

Vd

VB = 36

VP = 47 (MPP)

d = 0.434 TON = dT = 17.3 S

TOFF = (1-d)T = 22.7 S


PANEL SOLAR

Frontera CCM-DCM

BP

B

VV

Vd

VB = 36

VP = 60 (frontera DCM-CCM)

d = 0.375

di

i MP

2

En la frontera CCM-DCM se cumple:

iP = 0.5

iM = 1.067 A

TdL

Vi PM L = 0.84 mH

Notar que este será el

rizado de corriente en la

bobina

IL = iM - iO = 1.067 A


PANEL SOLAR

Con esto, ya podemos calcular las formas de onda en el punto de MPP:

Panel VP = 47 V iP = 0.92 A PMPP = 43 W

Batería VB = 36 V iB = 1.2 A (obviamente suponiendo rendimiento 100%)

Por otro tenemos el rizado de corriente en la bobina, que lo hemos fijado al

seleccionar la valor de L

iM – iO = 1.067 A

BP

B

VV

Vd

d = 0.434

)1(2

dii

i OMB

iM + iO = 4.241 A

iM = 2.654 A

iO = 1.588 A


PANEL SOLAR

CARGA

+

+-

-

PANEL

SOLAR

Vp

Ip

VB

IBID

IL

IT

IB +VCCVBGNDPWM

CONTROL

(MCU)

RS

R1

R2

1.16

iP [A]

vP [V]63

MPP

43 W1000 W/m2

0.92

47

UNISOL PV-43

iO

iMiL

t

dT (1-d)T

T

iO

iMiT

t

iO

iM

t

iD

L = 0.84 mH

36 V

1.2 A

d = 0.434

F = 25 KHz

2.65 A

1.59 A

0.92 A

1.2 A

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