Maestría en Ingeniería · 2021
Desempeño de un controlador de carga en condiciones de sombreado parcial en la ciudad de Manizales
En el uso de sistemas fotovoltaicos autónomos es de vital importancia la optimización de los mismos, para que en todo momento entreguen la máxima potencia disponible. Bajo condiciones de sombreado e irradiación solar no uniforme, la curva de potencia y corriente de estos sistemas resulta más compleja, con la aparición de múltiples puntos de potencia máxima local (LMPP). Bajo estas condiciones es importante conocer el comportamiento del controlador de carga, y determinar hasta qué punto puede identificar el punto de máxima potencia global (MPP) del sistema. Esta investigación evaluó el funcionamiento y desempeño de un controlador de carga máxima potencia (MTTP) para dos tipos de tecnología fotovoltaica: silicio mono y policristalino, bajo diferentes condiciones de sombreado e irradiación solar en la ciudad de Manizales. Se encontró que el rendimiento del controlador varía dependiendo del porcentaje de sombreado, la forma de sombreado, el nivel de irradiación, y el tipo de tecnología de panel solar. Durante la etapa de diseño de sistemas autónomos, es necesario estudiar las configuraciones de sombreado que sufrirá el sistema. Esto podría afectar la decisión del tipo de tecnología de paneles solares a instalar. Así mismo, también influirá en la orientación de las cadenas de series, y cómo están dispuestas espacialmente en el área de instalación. Se considera que esto es un aporte relevante al estado del arte, respecto al diseño e instalación de los sistemas fotovoltaicos autónomos.
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Contenido
- PRESENTACIÓNp. 21
- ANTECEDENTESp. 23
- ÁREA PROBLEMÁTICA Y PREGUNTA DE INVESTIGACIÓNp. 34
- JUSTIFICACIÓNp. 36
- REFERENTE TEÓRICOp. 40
- HISTORIAp. 40
- FUNCIONAMIENTO DE UNA CELDA SOLARp. 41
- EFECTO FOTOVOLTAICOp. 42
- Circuito Equivalente De Una Celda Fotovoltaicap. 45
- MÓDULOS FOTOVOLTAICOSp. 47
- Condiciones Patrones de Pruebap. 47
- Radiación Solarp. 47
- La Temperaturap. 48
- MASA DE AIREp. 49
- CURVA CARACTERÍSTICA DE UN PANEL FOTOVOLTAICOp. 50
- Intensidad De Cortocircuito (ICC)p. 50
- Tensión En Circuito Abierto (VCA)p. 51
- Intensidad De Pico O Máxima (IP)p. 51
- Tensión De Pico O Máxima (VP)p. 51
- Potencia Pico O Máxima (WP)p. 51
- Factor De Forma (Ff)p. 53
- Rendimiento (η)p. 53
- Punto De Máxima Potencia (PMP)p. 53
- ALGORITMOS RASTREADORES DE MÁXIMA POTENCIAp. 54
- PRECISIÓNp. 55
- EFICACIAp. 55
- BAJA COMPLEJIDADp. 55
- BAJO COSTEp. 55
- DUTY CYCLE)p. 56
- CONDUCTANCE)p. 56
- ALGORITMO DE PERTURBACIÓN Y OBSERVACIÓN CLÁSICOp. 59
- TENSIÓN CONSTANTE (FRACTIONAL OPEN-CIRCUIT VOLTAGE)p. 62
- CONVERSORES CONMUTADOSp. 63
- 6.10 CONVERTIDOR BUCKp. 63
- 6.11 CONVERTIDOR BUCK FUNCIONANDO COMO MPPTp. 64
- 6.12 CONVERTIDOR BOOSTp. 65
- 6.13 CONVERTIDOR BOOST FUNCIONANDO COMO MPPTp. 66
- 6.14 CONVERTIDOR BUCK-BOOSTp. 67
- 6.15 CONVERTIDOR BOOST FUNCIONANDO COMO MPPTp. 66
- CONMUTADOSp. 70
- MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO PWMp. 70
- MODULACIÓN VECTORIALp. 72
- MODULACIÓN CONTROL DE UN CICLO OCCp. 74
- REGULADOR MPPT COMO MODO DE CARGAp. 76
- CARGA BULKp. 76
- CARGA BOOSTp. 77
- CARGA FLOATp. 77
- REFERENTE NORMATIVAp. 78
- LEYESp. 78
- Ley 697 De 2001: Uso Racional Y Eficiente De Energíap. 78
- La Ley No. 1715p. 79
- Normas Técnicasp. 79
- Definicionesp. 80
- 10 OBJETIVOSp. 81
- 10.1 OBJETIVO GENERALp. 81
- 10.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOSp. 81
- 11 HIPÓTESISp. 82
- 12 METODOLOGÍAp. 83
- 12.1 ESTRATEGIA METODOLÓGICAp. 83
- Clasep. 83
- Enfoquep. 83
- Tipo De Investigación Y Alcancep. 83
- 12.2 Descripción Por Objetivosp. 83
- Universitario”p. 83
- Carga, En Función De Las Condiciones De Trabajo Del Sistema”p. 87
- 13 RESULTADOSp. 89
- 13.1 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL TRAZADOR DE CURVAp. 89
- Diseño, Construcción Y Control Del Circuitop. 89
- Partes Del Circuitop. 90
- Conector De Bananap. 94
- Diodos De Derivaciónp. 94
- Módulo De Relé Electromecánico Con Optoacopladorp. 96
- Condensadores De Cargap. 97
- Cálculo Matemático Del Tiempo Para Trazar La Curvap. 98
- Resistencia De Purgap. 105
- Convertidor De Analógico A Digital (ADC)p. 106
- Circuito Del Voltímetrop. 108
- Circuito Del Amperímetrop. 111
- IC de Amplificador Operacionalp. 114
- Arduinop. 115
- 13.2 CONTROLADOR DE CARGAp. 116
- 13.3 BATERÍA TB PLUS TB 12-40p. 118
- 13.4 PANEL SOLAR POLICRISTALINO MODELO RS6E150Pp. 119
- 13.5 PANEL SOLAR MONOCRISTALINO MODELO ODA150-18-Mp. 121
- ALMACENAMIENTO DE DATOSp. 123
- 13.7 DESCRIPCIÓN DEL MONTAJE COMPLETOp. 125
- 13.9 ANÁLISIS DE LUGAR DE TRABAJO DEL SISTEMAp. 129
- 13.10 ELECCIÓN DEL TERRENOp. 129
- 13.11 ESTRUCTURA FIJAp. 130
- CONDICIONES DE TRABAJO DEL SISTEMAp. 131
- HORIZONTALp. 133
- Sistema Con Módulos De Silicio Policristalinop. 133
- Sistema Con Módulos De Silicio Monocristalinop. 151
- VERTICALp. 145
- Sistema Con Módulos De Silicio Policristalinop. 145
- Sistema Con Módulos De Silicio Monocristalinop. 151
- DIAGONALp. 155
- Sistema Con Módulos De Silicio Policristalinop. 155
- Sistema Con Módulos De Silicio Monocristalinop. 151
- 14 DISCUSIÓN DE RESULTADOSp. 164
- 14.1 ESTUDIO EN FUNCIÓN DEL NIVEL DE SOMBREADOp. 164
- 14.2 ESTUDIO EN FUNCIÓN DEL NIVEL IRRADIACIÓNp. 169
- 15 CONCLUSIONESp. 174
- 16 RECOMENDACIONESp. 176
- 17 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASp. 177
- 18 ANEXOSp. 185
- Tabla 1 Reseña de antecedentesp. 26
- Tabla 2 Especificaciones técnicas regulador de voltaje bluesolar Mppt 75/15p. 117
- Tabla 3 Especificaciones Técnicas batería TB plus TB 12-40p. 118
- Tabla 4 Especificaciones Técnicas Panel Solar Policristalino modelo RS6E150Pp. 120
- Tabla 5 Especificaciones Técnicas Panel Solar Policristalino modelo ODA150-18-Mp. 122
- Tabla 6 Especificaciones Medidor de energía Solar de TES-1333Rp. 124
- Tabla 7 Valores en condiciones estándar (STC) conectados en seriep. 132
- Tabla 8 Desempeño del controlador bajo sombreado horizontalp. 164
- Tabla 9 Desempeño del controlador bajo sombreado horizontalp. 166
- Tabla 10 Desempeño del controlador bajo sombreado Diagonalp. 167
- Tabla 11 Desempeño del controlador bajo irradiación horizontalp. 169
- Figura 1 Datos obtenidos, en estudio de Corriente continuap. 37
- sombreadop. 38
- Figura 3 Estructura atómica del silicio dopado con boro semiconductor tipo pp. 42
- Figura 4 Unión P-N y capa de depleción de una estructura de siliciop. 44
- Figura 5 Efecto Fotovoltaico en una célula solarp. 45
- Figura 6 Circuito equivalente del panel solarp. 46
- Figura 7 Circuito equivalente del panel solarp. 47
- Figura 8 Gráfico de la V- I generado por un panel fotovoltaicop. 48
- Figura 9 Gráfico de la potencia W frente voltaje V generada por un panel fotovoltaicop. 49
- de la posición Zenith del Solp. 50
- Figura 11 Identificación de Isc, Voc, Impp, Vmpp y Pmpp en las curvas I-V y P-Vp. 51
- Figura 12 Curva I-V de un panel solarp. 52
- Figura 13 Puntos de máxima potencia en un panelp. 53
- sombreadop. 38
- igual a cero, el sistema está operando en el punto de máxima potenciap. 57
- Figura 16 Algoritmo de conductancia incrementalp. 58
- Figura 17 Curva de la potencia en condición de variar el punto de trabajop. 60
- Figura 18 Algoritmo de conductancia incrementalp. 61