Diseño, implementación y prueba de un controlador de carga de batería para un sistema solar

Abstract

El presente proyecto de investigación busca optimizar el aprovechamiento de energía eléctrica obtenida a través de un panel fotovoltaico cuya potencia máxima nominal es de 240W, potencia que pretende ser almacenada en una batería de Plomo-Ácido cuya tensión nominal es de 12V. Estas baterías siguen un proceso de carga de tres etapas, en la cual cada etapa necesita una tensión de carga diferente. Se estudió al panel fotovoltaico y sus características eléctricas bajo ciertas condiciones de operación que determinan el voltaje y corriente de salida del panel fotovoltaico, representadas gráficamente en curvas de Potencia - Voltaje y Voltaje - Intensidad. Con las curvas características del panel fotovoltaico se estudiaron los diferentes métodos que establecen un punto en la curva donde la potencia entregada por el panel fotovoltaico es máxima, estos métodos son conocidos como algoritmos MPPT (Máximum Power Point Tracking). Entre los diferentes métodos presentados en este proyecto, se utilizó el algoritmo P&O (Perturb and Observe) que perturba el voltaje del panel fotovoltaico en cierta dirección y se observa si la potencia entregada por el panel aumenta o disminuye. Un convertidor reductor de potencia DC- DC conmutado o Buck Converter varía el tiempo de encendido y apagado (Duty Cycle) de un interruptor de potencia para transformar la corriente continua de una tensión a otra. Se realizó una demostración en la cual se obtiene el ciclo de trabajo en función a los valores de entrada y salida de voltaje del convertidor. A partir de ello se pudo calcular los valores mínimos del Filtro LC para el cual el convertidor opera en un estado de conducción continua donde la corriente que circula por la bobina es positiva en todo el intervalo de conmutación. El control de este convertidor de potencia se realizó a través del desarrollo un software implementado en el microcontrolador PIC18F25K50 que realiza la medición de corriente y voltaje de la batería y el panel fotovoltaico para determinar el ciclo de trabajo de la señal PWM generada en dos de sus pines con una configuración de medio Puente que activará a los Mosfet de potencia en el modo de corte y saturación a través de un driver. La implementación del circuito se realizó en una tarjeta elaborada con el programa EAGLE. Esta tarjeta cuenta con una interfaz de comunicación serial donde se mostrarán los valores obtenidos en una computadora a través del programa PICKIT2.