Técnicas de “Maximum Power Point Tracking” (I)

No es necesario a estas alturas convencer a nadie de la importancia de las energías renovables y energías limpias ni de las ventajas que ofrecen y que pueden llegar a ofrecer. Si su uso está a día de hoy limitado a un porcentaje menor del 10% de la energía eléctrica producida a nivel mundial, se debe a distintos factores políticos, sociales y económicos, muchos de los cuales son extrínsecos y transitorios (como demuestra el gran crecimiento que el uso de estas energías está teniendo). Otros, sin embargo son intrínsecos y están relacionados con la rentabilidad de la producción de energías renovables.

El caso de la energía solar fotovoltaica es un claro ejemplo de desventaja en cuanto a rentabilidad. En países como España, el potencial solar es mucho mayor que el eólico y que el hidráulico y estadísticamente es más predecible y constante. Además, los costes de instalación y de mantenimiento de las instalaciones solares son mucho más bajos por unidad de potencia producida. Sin embargo, a pesar de todo eso, sigue ocupando un puesto inferior en el mix de las energías renovables a causa de su baja rentabilidad energética. En palabras más sencillas: La energía que producen a lo largo de su vida útil no es muy grande en comparación con la que hace falta para producir los paneles. Las soluciones a estos problemas pasarían por el abaratamiento de los métodos de producción y, sobre todo, una mejora de los rendimientos energéticos (Vatio eléctrico producido por Vatio de radiación recibido) que a día de hoy no supera el 15%.

Esta sensibilidad de la energía solar fotovoltaica ante el rendimiento energético de las células solares ha hecho que sea en este campo en el que más se ha implantado el uso de técnicas de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT : Maximum Power Point Tracking), que permiten aumentar en varios puntos la potencia eléctrica obtenida de la instalación.

La literatura sobre las distintas técnicas de MPPT ha ido creciendo sin parar desde principios de los 90 y, especialmente, a partir de 2000. En este artículo ofrecemos una visión general sobre los distintos métodos que han surgido y su clasificación en función de varias características principales como son: su velocidad de convergencia, el número de sensores que utilizan o si necesitan calibración periódica.

Para introducir el problema se muestra la siguiente figura, que muestra las curvas típicas de funcionamiento de una célula fotovoltaica para un nivel determinado de radiación. Se representa la intensidad frente a la tensión y la potencia eléctrica cuyo máximo está marcado como “MPP”. Las técnicas de MPPT buscan adaptar el punto de funcionamiento de las instalaciones fotovoltaicas para hacerlas trabajar siempre en el punto de máxima potencia.

Curvas de funcionamiento teórica de una célula fotovoltaica

Hay que tener en cuenta que una instalación real está formada por muchas células, cada una de las cuales tendrá un nivel de radiación distinta y variable (considérese el efecto de las nubes), por lo que las curvas de potencia de las instalaciones son más irregulares y a menudo cuentan con máximos locales ademas de que, ante todo, son desconocidas.

La forma de adaptar el punto de funcionamiento consiste siempre en adaptar el factor activo o periodo activo (en inglés: “duty ratio” o “duty cicle”) del conversor de potencia (ya sea un convertidor Boost o directamente un inversor) haciendo que varíe la tensión de funcionamiento de la instalación. Las diferencias entre las distintas técnicas de MPPT consisten en el modo de comprobar la optimalidad del punto de funcionamiento y en la forma de hacerlo evolucionar hacia el valor óptimo.

Antes de comenzar con la descripción de las diferentes implementacionesd del MPPT y para terminar con esta introducción, queda decir que estas técnicas son aplicables también a otros sistemas de generación en los que el punto óptimo de funcionamiento varíe de forma incontrolable como es el caso de generadores hidráulicos y eólicos, pilas de combustible o sistemas de recuperación de energía como son los frenos eléctricos.

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