Trazador curva I-V - Potencia disponible en placas solares

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Gabriel_2018
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#1 Trazador curva I-V - Potencia disponible en placas solares

Mensaje por Gabriel_2018 » 05 Feb 2019, 13:43

En este brico se desarrolla un trazador de curvas I-V de un panel solar. El panel solar es un generador eléctrico con varias particularidades:

Intensidad de cortocircuito: proporcional a la radiación solar y aumenta, levemente, con la temperatura.
Tensión en abierto: disminuye según aumenta la temperatura del panel y aumenta, levemente, con la radiación.
Potencia máxima del panel en un momento dado: aumenta con la radiación y disminuye con la temperatura.

La forma más sencilla de trazar una curva de un panel solar es cargar un condensador y ver cómo evolucionan la tensión e intensidad del panel. Cuando el condensador está descargado, dejamos que fluya corriente, siendo esta corriente inicial, la de cortocircuito. A medida que el condensador se carga, va disminuyendo la corriente y aumentando la tensión, hasta que el panel ya no entrega corriente, y en ese punto tenemos la tensión en abierto del panel. Analizando los puntos intermedios, tendremos distintos puntos de trabajo V-I del panel, y de forma deducida, la potencia, que no es más que el producto de VxI en cada punto de trabajo.

Podríamos haber hecho el brico con un reostato y variando la resistencia, obtener los puntos de trabajo del panel, pero resulta mucho más tedioso.

El código, para Arduino, es el que sigue:
barrido.ino
(4.13 KiB) Descargado 29 veces
En este caso, se envían los datos mediante un ESP01 a una base de datos.

Se toman 64 puntos de trabajo de la curva I-V del panel, se calcula la potencia en cada punto y se envía la potencia máxima a la base de datos, junto con Vo, Isc, Imp y Vmp.
Se incluye un algoritmo para que el tiempo entre las 64 lecturas cambie según la radiación, ya que el condensador se carga más rápido cuando la intensidad es alta.

Selección del condensador: Para determinar la capacidad necesaria del condensador, hemos de partir de los datos de tensión e intensidad del panel, así como el tiempo de carga que necesitemos. Para hacer un barrido con 64 puntos de trabajo, un tiempo recomendado de carga hasta 2/3 de Vo del panel puede ser 60 ms. La carga de un condensador sigue la siguiente fórmula: [1] Q = Cx(Vf-Vi), donde Q es la carga en Culombios, C es la capacidad en Faradios y Vf y Vi son las tensiones finales e iniciales.
Podemos suponer que la intensidad que entrega el panel es constante hasta una tensión de 2/3 de Vo, donde Vo es la tensión en abierto del panel.
En el proceso de carga, la carga Q es Ixt, por lo que la expresión [1] podemos escribirla como [2] Ixt=Cx(2/3 Vo), ya que la tensión inicial es nula y estamos considerando que el condensador se ha de cargar hasta 2/3 de Vo en un tiempo determinado. Si despejamos la capacidad de la expresión [2], tenemos [3] C=Ixt/0.66Vo.

Como ejemplo, si queremos hacer un barrido a un panel con una Vo de 21 V y una Isc de 300 mA, la capacidad del condensador ha de ser:

C=Ixt/0.66Vo, sustituyendo: C=0.3 A x 0.060 s / 14 V = 0,001285 F = 1.285 uF. Por tanto, necesitaremos un condensador de unos 1200 uF con una tensión nominal de 25 V.

Para un panel de Vo igual a 45 V e ISC de 9 A, el condensador a seleccionar será:

C = 9 A x 0.06 s / 30 V = 18 mF
Última edición por Gabriel_2018 el 06 Feb 2019, 13:26, editado 1 vez en total.
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#2 Re: Trazador curva I-V panel solar

Mensaje por Gabriel_2018 » 06 Feb 2019, 11:16

En la próxima sesión, seleccionaremos los transistores y la resistencia de descarga.
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#3 Re: Trazador curva I-V panel solar

Mensaje por Gabriel_2018 » 07 Feb 2019, 13:01

Vamos con la selección de los transistores.

Optamos por un transistor PNP para la carga del condensador, buscando uno que tenga la máxima ganancia posible y que soporte tensiones de unos |25| V entre colector y emisor. Debe ser capaz de conducir más de 0.5 A.
Para la descarga del condensador, utilizaremos una resistencia de unos 20 Ohm y 2 W, con el fin de limitar la intensidad inicial de descarga del condensador a 1 A. Usaremos un transistor NPN que soporte tensiones entre colector y emisor de unos |25| V.

En mi caso, utilicé éste y su equivalente PNP. https://es.rs-online.com/web/p/transist ... t/7390335/
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#4 Re: Trazador curva I-V panel solar

Mensaje por Gabriel_2018 » 11 Feb 2019, 11:22

Hay que destacar que el principio de funcionamiento sería idéntico si en lugar de un pequeño panel, tenemos un string de 500 o 600 V con una intensidad Isc de unos 10 A.

En ese caso, en lugar de utilizar transistores BJT, utilizaríamos un par de IGBT´s, un driver, un par de condensadores de 400 V en serie y una resistencia de descarga con mayor resistencia y potencia nominal. No obstante, tendríamos que considerar si somos APTOS para trabajar con ese rango de tensiones, que pueden ser mortales.
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