¿Qué tipo de convertidor CC-CC debo usar para el MPPT solar?

Actualmente estoy realizando un proyecto que implica el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para paneles solares. Planeo hacer esto usando Arduino como controlador para un convertidor DC-DC. Voy a utilizar el algoritmo de perturbación y observación para rastrear el punto de máxima potencia del panel solar. Ahora estoy pensando en qué topología de convertidor usar: buck, boost, buck-boost, etc. ¿Qué me sugiere que use?

¿Cuáles son los voltajes de entrada y salida que manejará el convertidor?
El voltaje de entrada sería de un panel solar, el voltaje máximo o de circuito abierto del panel solar es de 21,6 V. Para el voltaje de salida, ya que debería poder rastrear el MPP y entregar la potencia máxima, estoy pensando que el la salida máxima debe ser la misma que el voltaje de entrada, como ~20V.
Mmm. Esto suena como una aplicación inusual, y probablemente debería explicar más sobre lo que está tratando de lograr. Normalmente, este tipo de convertidor se usa para permitir que el voltaje del panel solar "flote" a cualquier voltaje que produzca la máxima potencia, mientras entrega una corriente variable a un voltaje fijo a una carga como un cargador de batería. La selección de la topología del convertidor se basa en si el voltaje de salida es siempre menor que, siempre mayor que o se encuentra en el medio del rango útil de voltajes del panel.
@DaveTweed Parece que la elección depende de qué carga usaré. Estoy pensando en usar una batería como carga. ¿Puede explicar más lo que quiere decir con "flotar" el voltaje al voltaje a la máxima potencia?
Además, por ejemplo, uso un convertidor reductor y la salida es más baja que el voltaje del panel, ¿no significaría eso menos potencia y, por lo tanto, la carga no recibe la potencia máxima? Soy bastante nuevo en electrónica, así que todo esto es un poco confuso para mí.
Como habló de implementar su propio algoritmo MPPT, asumí que sabe cómo funciona. El voltaje en los terminales de un panel solar varía con la corriente que se consume, y para cualquier conjunto de condiciones (iluminación, temperatura, edad, etc.) existe una combinación de voltaje y corriente que produce la máxima potencia disponible. El trabajo del convertidor MPPT es encontrar ese voltaje de entrada en particular (variando la corriente del panel) y convertirlo al voltaje que necesita la carga.
La ventaja de un convertidor de conmutación es que, en la mayoría de los casos, la eficiencia general no es una función fuerte de la relación específica entre el voltaje de entrada y el de salida. En otras palabras, Pout = Pin * eficiencia, y la eficiencia puede ser del 90 % o más. Con un convertidor reductor, la corriente disponible en la salida será mayor que la corriente de entrada. Por ejemplo, podría tener 5A @ 20V = 100W entrando y 6.25A @ 14.4V (para cargar una batería de 12V) = 90W saliendo.

Respuestas (2)

Le recomiendo que use reductor o elevador con una batería que siempre esté por debajo o siempre por encima del voltaje del panel, respectivamente. Por ejemplo, Buck con un sistema de batería de 12 V, Boost con un sistema de batería de 24 V. Esto se debe a que los convertidores reductores-elevadores que cambian de un modo a otro generalmente tienen un rango de eficiencia bajo en el área de cambio y los convertidores que reductor-elevadores invirtiendo tienden a ser de menor eficiencia ya que toda la energía entregada se almacena en magnetismo y se convierte.

Si puede elegir el voltaje de la batería, me inclinaría por un convertidor reductor, ya que tienden a ser más eficientes que los convertidores elevadores.

Si puede elegir el voltaje de la batería, usar una batería cuyo V_max_in sea solo un poco menor que el Vout_min de los paneles en funcionamiento hace que sea más fácil obtener una buena eficiencia.

Tenga en cuenta que MPPT se está volviendo cada vez más difícil de justificar financieramente debido a la caída del costo de los paneles fotovoltaicos. MPPT le dará quizás un 25% de ganancias en condiciones de luz baja y variable, pero en un sistema bien diseñado le dará una ganancia mucho menor a pleno sol. Los precios bajos del panel significan que agregar, digamos, un 10 % de la capacidad del panel puede ser más económico que usar un controlador MPPT. MPPT todavía tiene sentido en situaciones en las que el tamaño absoluto del panel o el peso ajustado están limitados por aspectos no financieros. (por ejemplo, espacio disponible en un yate o vehículo).

Es una buena idea. Solo quiero ver cómo funciona MPPT, así que estoy haciendo este proyecto. Gracias por la sugerencia.
¿Cómo planea "arreglar" el voltaje de salida del panel solar? Si no puede fijar el voltaje físicamente, entonces no estará operando en el MPP
@OrD - Pregunta no entendida completamente. MPPT no fija el voltaje, sino que ajusta la carga hasta que se maximiza V x I, como imagino que sabe. En la segunda parte de mi respuesta, sugerí que MPPT cuesta más que proporcionar más paneles solares para lograr el mismo resultado, por lo que solo se justifica cuando más área de panel es una desventaja significativa, ya sea debido al área de montaje disponible, o carga de viento o lo que sea. Cuando no se usa MPPT, estaba sugiriendo que el voltaje del panel a máxima potencia se optimizara para adaptarse al voltaje de la batería.
@OrD - ... por ejemplo, el ácido de plomo necesita aproximadamente 14,5 V máx. y los paneles estándar de 12 V tienen Vmp = 18 V. Si bien PUEDE tenerse en cuenta la poca luz, los 18 V son más altos que lo estrictamente sensato. El uso de un panel de 16 V probablemente produciría una mejor eficiencia en general. Hasta 18/16 = 125 % de la salida del panel de 18 V si el área es la misma. PUEDE ser peor en sol muy bajo. por ejemplo, mucha nube en condiciones invernales, etc.

Hay muchos ejemplos y literatura sobre convertidores elevadores. Además, si opta por un convertidor de refuerzo discontinuo, puede eliminar los sensores de corriente y todo el sistema de control se vuelve mucho más simple de ejecutar con un Arduino. Hice uno con un kit de chips, los detalles completos con el código están en nuestro artículo, aquí y también hicimos un video para explicar los principios (aunque parece que no necesitará esta explicación), en youtube

¡Gracias por los enlaces! Los videos son siempre una gran ayuda para mí para entender los conceptos de electrónica.
@D_Weight, su enlace al artículo aparece roto.
Roto por una reorganización del sitio web Designspark. Intentaré encontrar una copia en línea.
¿Qué tipo de convertidor CC-CC debo usar para el MPPT solar?
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