Técnicas para maximizar la salida de energía del panel solar

Dos artículos recientes, "Recolección de energía con paneles solares de baja potencia" y "El cargador de batería solar mantiene una alta eficiencia con poca luz", analizan cómo recolectar energía de manera eficiente con paneles solares de baja potencia. Ambos artículos mencionan un concepto conocido como potencia máxima, que en el contexto de los paneles solares es la capacidad de extraer la mayor cantidad de energía posible del panel solar sin colapsar el voltaje del panel. Cuando se habla de paneles solares y energía, a menudo se usan términos como seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) y control del punto de máxima potencia (MPPC). Veamos la definición y el significado de estos términos con más detalle.

Como se puede ver en la Figura 1, la corriente de salida de un panel solar varía de forma no lineal con el voltaje del panel. En condiciones de cortocircuito, la potencia de salida es cero ya que el voltaje de salida es cero. En condiciones de circuito abierto, la potencia de salida es cero ya que la corriente de salida es cero. La mayoría de los fabricantes de paneles solares especificarán el voltaje del panel a máxima potencia (V_{parlamentario}). Este voltaje es típicamente alrededor del 70 – 80% del voltaje de circuito abierto del panel (V_jefe). En la Figura 1, la potencia máxima es un poco menos de 140 W con V_{parlamentario} poco menos de 32V y yo_{parlamentario} poco menos de 4.5A.

Idealmente, cualquier sistema que use un panel solar operaría ese panel a su máxima potencia de salida. Esto es particularmente cierto en el caso de un cargador de batería alimentado por energía solar, donde el objetivo, presumiblemente, es capturar y almacenar la mayor cantidad de energía solar posible en el menor tiempo posible. Dicho de otra manera, dado que no podemos predecir la disponibilidad o la intensidad de la energía solar, debemos aprovechar la mayor cantidad de energía posible mientras haya energía disponible.

Hay muchas maneras diferentes de tratar de operar un panel solar en su punto de máxima potencia. Una de las más sencillas es conectar una batería al panel solar a través de un diodo. Esta técnica se describe aquí en el artículo "Recolección de energía con paneles solares de baja potencia". Se basa en hacer coincidir el voltaje de salida de potencia máxima del panel con el rango de voltaje relativamente estrecho de la batería. Cuando los niveles de potencia disponibles son muy bajos (aproximadamente menos de unas pocas decenas de milivatios), este puede ser el mejor enfoque.

El extremo opuesto del espectro es un enfoque que implementa un algoritmo completo de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT). Hay una variedad de algoritmos MPPT, pero la mayoría tendrá cierta capacidad para barrer todo el rango operativo del panel solar para encontrar dónde se produce la máxima potencia. El LT8490 y el LTC4015 son ejemplos de circuitos integrados que realizan esta función. La ventaja de un algoritmo MPPT completo es que puede diferenciar un pico de potencia local de un máximo de potencia global. En los paneles solares de celdas múltiples, es posible tener más de un pico de potencia durante las condiciones de sombra parcial (consulte la Figura 2). Por lo general, se requiere un algoritmo MPPT completo para encontrar el punto de operación de potencia máxima real. Lo hace barriendo periódicamente todo el rango de salida del panel solar y recordando las condiciones de funcionamiento en las que se alcanzó la máxima potencia. Cuando se completa el barrido, el circuito obliga al panel a regresar a su punto de máxima potencia. Entre estos barridos periódicos, el algoritmo MPPT alternará continuamente el punto de operación para garantizar que opere al máximo.

Un enfoque intermedio es algo que Linear Technology denomina control de punto de máxima potencia (MPPC). Esta técnica aprovecha el hecho de que la tensión de alimentación máxima (V_{parlamentario}) de un panel solar, por lo general, no varía mucho a medida que cambia la cantidad de luz incidente (consulte "El cargador de batería solar mantiene una alta eficiencia en condiciones de poca luz" para obtener más información). Por lo tanto, un circuito simple puede obligar al panel a operar a un voltaje fijo y una operación de potencia máxima aproximada. Se usa un divisor de voltaje para medir el voltaje del panel y si el voltaje de entrada cae por debajo del nivel programado, la carga en el panel se reduce hasta que pueda mantener el nivel de voltaje programado. Los productos con esta funcionalidad incluyen LTC3105, LTC3129, LT3652(HV), LTC4000-1 y LTC4020. Tenga en cuenta que la hoja de datos de LT3652 y LT3652HV hace referencia a MPPT en lugar de MPPC, pero esto se debe en gran parte a que Linear Technology no había presentado la terminología MPPC cuando se lanzó el producto LT3652.

Una nota final sobre MPPC y el LTC3105: el LTC3105 es un convertidor elevador que puede arrancar con un voltaje extremadamente bajo de 0,25 V. Esto hace que el LTC3105 sea particularmente adecuado para aumentar el voltaje de salida de un panel solar "1S" (es decir, un panel solar cuyo voltaje de salida es el de una sola celda fotovoltaica, incluso si el panel tiene muchas celdas fotovoltaicas en paralelo). Con un panel solar 1S, solo habrá una Punto de máxima potencia: no es posible tener múltiples picos de potencia. En este escenario, no es necesario diferenciar entre múltiples máximos.

En resumen, existen muchas formas diferentes de operar un panel solar en su condición de operación de salida máxima. El panel se puede conectar a una batería (a través de un diodo) cuyo rango de voltaje esté cerca del voltaje máximo de alimentación del panel. Se puede utilizar un algoritmo MPPT completo, que incluye barridos globales periódicos para encontrar el máximo global y un tramado continuo para permanecer en ese máximo (un ejemplo es el LT8490). Otros productos implementan una técnica de regulación de voltaje de entrada (MPPC) para operar un panel solar a un voltaje operativo fijo, incluidos LTC3105, LTC3129, LT3652 (HV), LTC4000-1 y LTC4020. En los próximos meses, Linear Technology presentará otra técnica más para operar un panel solar en su punto de máxima potencia. ¡Manténganse al tanto!