Introducción MPPT Solar.

Hola! Una vez que tengo ya la mayoría de materiales necesarios para poder montar y el regulador solar, lo único que queda es eso, montarlo y probarlo, pero antes, me gustaría explicaros la necesidad de implementar un regulador de este tipo. 

Si tenemos una placa solar cuya tensión nominal es de 13 voltios, y queremos cargar una batería de 12 voltios... ¿porque no lo conectamos directamente?. Esta podría ser la pregunta que muchos de vosotros os hacéis, ya que la solución sería muy sencilla, simplemente conectamos el positivo de la placa solar con el positivo de la batería, y el negativo de la placa solar con el negativo de la batería, ponemos un diodo para que la corriente solo fluya en un sentido y ya está! tenemos un cargador de baterías solar, y así es, funcionaría, pero como todo, es mejorable. 

Para que lo veáis claro, vamos a poner el ejemplo de una fuente de alimentación, cuya tensión de salida máxima es de 15 voltios, y puede dar una corriente de hasta 3 amperios. Aplicando la ecuación de la potencia nos sale que la fuente de alimentación puede dar hasta 45 vatios (15V x 3A = 45W). Ahora bien, esta fuente no tiene una limitación de potencia, sino de corriente y de tensión, por tanto, la potencia máxima solo la podremos obtener con la tensión máxima de salida, pero ¿que pasa si nuestro receptor no soporta esa tensión?, obviamente deberíamos bajar la tensión, de forma que, por ejemplo, establecemos una tensión de 10 voltios... en este caso... ¿cual es la potencia que vamos a obtener?, solo 30 vatios (10V x 3A), estamos infrautilizando la fuente. El caso de los paneles solares es igual, con la diferencia de que la potencia que podemos sacar en cada caso depende de 3 factores, la radiación solar que esté incidiendo sobre la placa, la temperatura de la placa y la carga, y puesto que no podemos modificar la luz solar en cada caso, y controlar la temperatura de grandes paneles no es algo sencillo, lo único que nos queda es variar la carga... pero la carga es la que es... o no?

Bien, obviamente, si existen elementos que nos permiten obtener la máxima potencia en cada caso, la carga, no es la que es, sino que podemos hacer que la carga sea lo que nosotros queramos que sea, y es ahí donde entran los reguladores. Dicho todo esto, podemos pasar este ejemplo a una placa solar, que como he dicho es muy parecido al caso de una fuente de alimentación. En las placas solares tenemos 4 parámetros básicos, tensión en circuito abierto (Vmax), corriente de cortocircuito (Imax), tensión en punto de máxima potencia (Vmp), y corriente en punto de máxima potencia (Imp). A diferencia de la fuente, una placa solar no puede dar al mismo tiempo Vmax e Imax, por lo que estos valores no nos valdrán para calcular la potencia máxima, sin embargo si que puede dar al mismo tiempo Vmp e Imp, así que multiplicando estos dos valores obtenemos la potencia máxima de nuestra placa. Y cuando digo máxima no es la máxima en cualquier caso, sino la máxima cuando estemos recibiendo la radiación máxima, por lo que solo llegaremos a este valor en condiciones optimas, y lo que habitualmente sucede con estos valores es que son diferentes a los que necesitamos, igual que la fuente de alimentación. Aún así, para cada nivel de radiación, existirá un punto de máxima potencia, que es el que queremos alcanzar de forma continua. En la siguiente imagen podéis ver para un panel solar determinado, el conjunto de curvas, y el punto de máxima potencia para cada una de ellas.

Todo esta explicación está genial, pero ¿como llegamos a esto?. Como he dicho, lo que necesitamos es variar el comportamiento de nuestra carga, y esto lo podemos hacer poniendo antes de la carga una fuente conmutada, de forma que variamos la corriente (potencia), que necesitamos de forma que nos movemos por la curva hasta alcanzar el punto de máxima potencia. Para llegar a esto se pueden utilizar varios algoritmos de control muy sencillos basados en una técnica llamada Perturb & Observe, que básicamente lo que hace es modifica las condiciones de trabajo, y mira como reacciona el sistema, y en función de la reacción aplica otro cambio, aunque esto lo veremos más a fondo en la próxima entrada.

Ahora que sabemos como funciona el panel solar, y como podemos influir en su comportamiento, lo siguiente es ver que pasa con la carga real!, en nuestro caso, la batería. Lo más importante que debemos tener claro es que corriente de carga queremos en nuestra batería. Para ello, una forma fácil de calcularla es dividir entre 10 la capacidad de la batería, por ejemplo si tenemos una batería de 5Ah, la corriente de carga será de 0,5 amperios hasta alcanzar la tensión de absorción, que suele estar en torno a los 13,5 voltios para baterías de 12 voltios. Una vez obtenida la corriente, y la tensión máxima de carga podemos calcular la potencia máxima que necesita nuestro sistema, que serán 7,75 W. Si tenemos en cuenta que el rendimiento del regulador no será de 100%, sino de 90%, la potencia de entrada que necesitamos es de 8,61 W. Paneles solares hay de muchas potencias diferentes, y es importante que si nuestro panel solar puede dar una potencia mayor a la que necesitamos, podemos estropear la batería. En este caso necesitamos controlar 2 procesos diferentes, el MPPT y la carga. En caso contrario, por ejemplo que necesitemos 8,61 W, y nuestro panel solar es de 10 W, si tenemos en cuenta que esa potencia la dará en condiciones óptimas, no deberemos hacer nada mas que poner el regulador MPPT. En la próxima entrada os explico el diseño que he escogido, y el algoritmo de búsqueda del punto de máxima potencia.