Comprensión del cargador solar MPPT

Aquí intentamos comprender el concepto de circuito real del tipo MPPt de controladores de cargadores solares y aprender cómo funcionan estos dispositivos.

¿Qué es MPPT?

MPPT son las siglas de Maximum Power Point Tracking, un concepto de cargador específicamente diseñado y diseñado para adquirir un aprovechamiento de energía solar altamente eficiente.

Los paneles solares son dispositivos excelentes ya que nos permiten aprovechar la energía eléctrica libre del sol, sin embargo, los dispositivos actuales no son muy eficientes con sus salidas. Como todos sabemos, la salida del panel solar depende directamente de los rayos incidentes del sol, siempre que su casi perpendicular ofrezca una buena eficiencia, que sigue deteriorándose con los rayos oblicuos o la posición del sol bajo.

Lo anterior también se ve afectado por condiciones nubladas.

Además, una salida de panel solar está asociada con niveles de voltaje inconsistentes que necesitan una regulación adecuada para operar la carga que normalmente es una batería de plomo-ácido.

Las baterías de plomo ácido o cualquier tipo de batería recargable requerirán una entrada con la clasificación adecuada para que no se dañe y se cargue de manera óptima. Para esto, normalmente involucramos un controlador de cargador entre el panel solar y la batería.

Como el voltaje de un panel solar nunca es constante y cae con la caída de la luz solar, la corriente del panel solar también se debilita a medida que la intensidad de la luz solar se debilita.

Con las condiciones anteriores, si el panel solar se somete a algún tipo de carga directamente, su corriente bajaría aún más y produciría salidas ineficientes.

En otras palabras, la eficiencia de un panel es máxima cuando su voltaje está cerca del valor nominal especificado. Por lo tanto, como ejemplo, un panel solar de 18 V funcionará con la máxima eficiencia cuando se opere a 18 V.

Y en caso de que la luz solar se debilite y el voltaje anterior caiga a 16 V, aún podríamos operarlo con la máxima eficiencia si pudiéramos mantener los voltios de 16 V intactos y derivar la salida sin afectar o disminuir este voltaje.

El gráfico a continuación sugiere por qué y cómo un panel solar produce la máxima eficiencia cuando se le permite operar a su máxima salida de voltaje circunstancial.

¿Qué es el punto de máxima potencia o el punto de rodilla?

Los controladores de cargadores solares ordinarios solo regulan el voltaje del panel solar y lo hacen apropiado para cargar la batería conectada, sin embargo, estos no realizan correctamente la regulación del panel.

El regulador de cargador convencional que emplea circuitos integrados lineales para las regulaciones no puede evitar que el panel solar sea cargado directamente por la batería conectada o el inversor o lo que sea que pueda estar conectado como carga.

La situación anterior tiende a reducir el voltaje del panel solar en consecuencia, lo que hace que su uso sea ineficaz porque ahora el panel no puede producir la cantidad nominal de corriente a la carga.

Entonces, ¿por qué estos cargadores reguladores lineales o PWM no pueden evitar la carga del panel solar a pesar de ser extremadamente avanzados, precisos y correctos con sus operaciones? ¿Cómo funcionan los cargadores MPPT reales?

La respuesta a los problemas anteriores no se aborda de forma exhaustiva en la red, por lo que pensé que era necesario proporcionar una explicación detallada sobre la diferencia entre los controladores de carga ordinarios y el MPPT real.

Volviendo a la pregunta anterior, la respuesta radica en el hecho de que en los cargadores de regulador lineal la carga está conectada directamente con el panel, sin una etapa intermedia intermedia, lo que provoca una transferencia y disipación de energía ineficaces.

Mientras que en los controladores MPPT, la carga se conecta a través de un convertidor Buck Boost intermedio que altera de manera eficiente las condiciones de energía de la carga dependiendo de la energía de la luz solar en el panel, asegurando una carga mínima del panel y una entrega máxima de energía a la carga.

Básicamente, los MPPT se desarrollaron para garantizar que la potencia de entrada neta se entregara de manera constante a la carga de salida, independientemente de la compatibilidad de carga con el panel.

Cómo la topología Buck Boost ayuda a los controladores MPPT a maximizar la eficiencia

Esto se logra principalmente con la ayuda de una tecnología de aumento de volumen SMPS de seguimiento.

Por tanto, podemos decir que es el Tecnología buck boost SMPS que forma la columna vertebral de todos los diseños de MPPT y ha proporcionado una opción extremadamente eficiente para configurar dispositivos de regulación y suministro de energía.

En los controladores de cargador MPPT, el voltaje del panel solar se convierte primero en un voltaje pulsante equivalente de alta frecuencia.

Este voltaje se aplica en el primario de un transformador de ferrita compacto bien dimensionado, que genera el nivel requerido de corriente en su devanado secundario, coincidiendo con la tasa de carga especificada de la batería.

Sin embargo, el voltaje puede no coincidir con el voltaje de carga de la batería, por lo que aquí se incorpora un regulador lineal ordinario para fijar el nivel de voltaje correctamente.

Con la configuración anterior, la batería permanece completamente aislada del panel solar y se carga de manera eficiente incluso en condiciones climáticas adversas, ya que ahora se permite que el panel solar funcione sin afectar o disminuir su voltaje instantáneo disponible bajo ninguna condición dada.

Esto ayuda a implementar el efecto de seguimiento del punto de máxima potencia previsto, que no es más que permitir que el panel funcione con una carga mínima y, al mismo tiempo, asegurarse de que la carga conectada obtenga la potencia completa necesaria para su rendimiento óptimo.

Sería interesante saber cómo un SMPS evita que el panel o cualquier fuente sea cargado directamente por la carga.

El secreto está detrás del uso de la tecnología de ferrita. Los transformadores de ferrita son dispositivos magnéticos extremadamente eficientes que se saturan de manera efectiva para generar una conversión eficiente de entrada a salida.

Tome el ejemplo de una fuente de alimentación de transformador de núcleo de hierro de 2 amperios y un SMPS de 2 amperios. Si carga las dos contrapartes con la corriente completa, es decir, con 2 amperios, encontrará que el voltaje del núcleo de hierro cae sustancialmente mientras que el voltaje de SMPS cae solo marginalmente o de manera insignificante ... así que este es el secreto detrás de la efectividad de un MPPT basado en SMPS en comparación con un controlador de cargador MPPT basado en IC lineal.