Adaptador de Impedancia para Fuentes Fotovoltaicas

Abstract

La naturaleza no ideal de los procesos de conversión de energía se manifiesta en la aparición de distintos puntos de operación, para los cuales la eficiencia de la transformación difiere apreciablemente. Dentro de ellos, los mecanismos a través de los cuales se genera la electricidad plantean la necesidad de abordar el asunto de la generación eficiente hasta el máximo grado económicamente justificable. En esta misma línea, los actuales niveles de precios de la energía eléctrica han despertado el interés por aprovechar fuentes que hasta hace poco no parecían competitivas, impulsando así el perfeccionamiento de sus tecnologías de explotación asociadas. Los sistemas fotovoltaicos (FV) destacan por presentar mínimos costos de operación y elevadas inversiones, quedando su viabilidad económica fuertemente asociada a la capacidad de maximizar la energía generada usando equipos de bajo costo. Este trabajo busca diseñar y construir un equipo capaz de manejar la curva de carga de los sistemas FV igualando la impedancia aparente de la carga a la impedancia interna de la fuente, asegurando así alcanzar la máxima tasa de transferencia de energía. Actualmente se observa un aumento en la presencia de estos dispositivos, conocidos en la literatura como “seguidores del punto de máxima potencia” (MPPT, por sus siglas en inglés), gracias a que los avances en equipos electrónicos de potencia permiten contar con ellos a un precio razonable. Se presenta el desarrollo de un MPPT para aplicaciones móviles y estacionarias consistente en un conversor CC/CC de tipo elevador con rectificación sincrónica, realimentado por un lazo de maximización de la corriente entregada a la carga. El control hace uso de un algoritmo capaz de detectar máximos en dominios no convexos y hacer un seguimiento dinámico de ellos, manteniendo un punto de operación en el panel solar cercano al de máxima potencia. La topología del convertidor CC/CC permite transferir energía entre distintos niveles de tensión en ambos sentidos y su eficiencia se beneficia de la introducción de un MOSFET rectificador. Además, la operación en paralelo de varias de estas unidades es directa y la migración hacia su uso en otras fuentes de corriente continua se puede llevar a cabo con mínimas modificaciones en el algoritmo. El diseñoo y la construcción del convertidor CC/CC es descrita en detalle haciendo especial énfasis en la elección de los transistores de potencia, su sistema de disparo y el cálculo del núcleo del inductor. Se discuten los algoritmos para condiciones de operación normal y ante paneles dañados, desarrollándose un cálculo teórico del rendimiento del sistema que explica el 99,96% de las pérdidas medidas. Las pruebas empíricas se realizan para el caso de un panel fotovoltaico de 200 [W] nominales, obteniéndose una eficiencia del 94,87% en el conversor ante una potencia de entrada de 100 [W] y una pérdida de eficiencia del 1,07% asociada al comportamiento del algoritmo de mantención del punto de máxima potencia. Se propone como trabajo futuro mejorar el rendimiento del dispositivo mediante el uso de convertidores resonantes y algoritmos basados en la respuesta dinámica de las celdas FV.