Batería como voltaje de referencia

Estoy jugando con un panel solar y estoy tratando de hacer un circuito, que monitorearía su voltaje y eventualmente encendería y apagaría la carga.
La cuestión es que no tengo un buen voltaje de "referencia" para comparar. El panel solar puede producir entre 0 y ~20V. Si es lo suficientemente alto, puedo usar zener o incluso un regulador de voltaje, pero cuando está (casi) oscuro, ambas opciones caerán en voltaje.
Entonces, me preguntaba si es una buena práctica usar una batería (como una celda de moneda o algo así) solo para alimentar una entrada de un comparador. No es necesario que sea preciso, y creo que prácticamente no se agotará la batería, por lo que durará mucho tiempo.
Otra opción es seguir con el zener y abusar del voltaje de umbral de la puerta del NMOS (cuya puerta está conectada a la salida del comparador). Quiero decir, si el comparador emite ~ 0 V o el voltaje zener y ese voltaje zener cae lo suficientemente bajo, el MOSFET no se encenderá de todos modos.
Probablemente haré una pregunta separada con más detalles de lo que estoy tratando de hacer y si tiene algún sentido, pero en este momento solo estoy preguntando si usar una batería como voltaje de referencia para un comparador (y nada más) es algo común, tiene algún sentido, etc.

Esto suena infinitamente parecido a arreglar un problema que no necesita arreglarse. Cuando sus paneles solares emiten menos de 1 V, ¿qué es exactamente lo que está encendiendo/apagando con la salida del comparador? La respuesta es: Algo impulsado por otra cosa -> Suministro para su referencia. O: Nada, porque no hay energía -> ¿Por qué diablos necesitas el comparador en primer lugar?
Hay muchos peligros asociados con la conmutación de una carga conectada a un panel solar en función del voltaje. Por ejemplo, cuando desconecta la carga, el voltaje del panel generalmente aumentará mucho. Esto puede hacer que su comparador simple vuelva a conectar la carga (después de algunos microsegundos impares). Pero volver a conectar la carga hará que el voltaje vuelva a caer, por lo que su comparador se desconectará nuevamente, etc. Esta es una oscilación y puede ser mala o indeseable por muchas razones. Hay varias formas de lidiar con esto, pero no se pueden explicar en un comentario.
@mkeith: En realidad, este es exactamente el efecto del que espero abusar: al encender y apagar rápidamente la carga, podría mantener el panel cerca de su región de "voltaje de potencia máxima", con suerte exprimiendo un poco más de potencia en menos de lo óptimo condiciones. Lo más probable es que solo esté desperdiciando energía, pero aún así es divertido probar y experimentar. Incluso podría aprender algo en el proceso. Pero estoy de acuerdo con usted: este es otro tema, que tengo la intención de publicar tan pronto como me haya decidido lo suficiente como para hacer una pregunta significativa :)
Para que esto funcione bien, probablemente querrá usar un capacitor en el lado del panel solar y un inductor, diodo y capacitor en el lado de la carga. Básicamente, diseñará un convertidor de dinero histérico que mantenga Vin en Vpp. La única aplicación práctica que se me ocurre para esto es un cargador de batería solar. Una idea interesante que probablemente se pueda hacer funcionar. Deberá encontrar una forma de evitar sobrecargar la batería.
¿Por qué no simplemente combinar los dos: una pequeña batería recargable y una referencia de voltaje de precisión que se ejecutan desde ella para ayudarlo a superar esas largas noches de invierno?
@JImDearden: Eso es realmente muy inteligente, debería haberlo pensado yo mismo :) Creo que, en general, es lo correcto si necesita precisión y tiene las piezas adecuadas.

Respuestas (2)

No use una batería como referencia de voltaje. Para citar a mi jefe y mentor más firme: "El voltaje de la batería es una función no lineal de todo. [Eso incluye la temperatura]".

La referencia de voltaje Zener o una referencia de voltaje de banda prohibida funcionarían para usted. Están disponibles en una variedad de voltajes.

Tenga en cuenta también que la mayoría de los convertidores A/D dentro de los microcontroladores tienen una referencia de voltaje incorporada, que se puede habilitar desde el código.

En realidad, este es exactamente el efecto del que espero abusar: al encender y apagar rápidamente la carga, podría mantener el panel cerca de su región de "voltaje de potencia máxima", con la esperanza de exprimir un poco más de potencia en condiciones menos que óptimas.

Lo que busca se llama MPPT o seguimiento del punto de máxima potencia:

Las celdas solares tienen una relación compleja entre la temperatura y la resistencia total que produce una eficiencia de salida no lineal que se puede analizar en función de la curva IV. El propósito del sistema MPPT es muestrear la salida de las celdas fotovoltaicas y aplicar la resistencia (carga) adecuada para obtener la máxima potencia para cualquier condición ambiental dada.

De los tres tipos enumerados, "perturbar y observar" es el que más se acerca a lo que está intentando.

Ciertamente podría usar una batería como referencia, pero las baterías son inherentemente no lineales, la salida del panel no será lineal y la carga probablemente también lo será. Esas son muchas variables que probablemente harán que el sistema sea altamente inestable e impredecible. Sugeriría investigar los MPPT y ver qué han hecho otros para obtener más ideas.

Una celda solar específica tendrá un voltaje de potencia máximo específico que no varía demasiado con el nivel de luz. Por lo tanto, es medio decente regular el voltaje del panel. Hay algunas unidades MPPT que hacen esto. Pero esto solo tiene sentido cuando la carga puede absorber la máxima potencia durante largos periodos de tiempo. La potencia de carga variará con el nivel de iluminación. Creo que es una idea decente para un cargador de batería.
Al estar lejos de ser un experto, creo que lo que estoy tratando de hacer es el "Control del punto de máxima potencia" de un hombre pobre, no MPPT ... la diferencia (en mi cabeza) es que no estoy tratando de rastrear activamente el MPP, sino solo suponga que está en algún lugar alrededor de un voltaje conocido (17.5 según la especificación del panel y más como 12.5 según mis medidas) e intente mantener el voltaje del panel cerca de él. Me doy cuenta de que incluso si funciona, sería bastante malo en comparación con los controladores de carga solar comerciales, pero mi objetivo es experimentar y aprender, realmente no planeo usarlo para nada específico.
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