Técnicas de “Maximum Power Point Tracking” (IV)

Control por relación del rizado

De todas las formas que puedan existir para resolver un problema, las más elegantes son siempre las más sencillas y, en concreto, si es posible, las que sacan partido de los inconvenientes convirtiéndolos en ventajas. La técnica del Control por Relación de Rizado (RCC) (del inglés: Ripple Corelation Control) hacen precisamente esto, solucionan el problema del MPPT haciendo uso de uno de los principales inconvenientes del uso de convertidores de potencia: el rizado.

Como es sabido, los convertidores de potencia realizan su función a base de conmutaciones a media-alta frecuencia entre estados de cortocircuito y de circuito abierto (en los casos más sencillos). Esto provoca la aparición de armónicos de alta frecuencia (rizado) que es necesario eliminar a la salida del convertidor mediante condensadores rápidos y capaces. Estos armónicos aparecen también en la planta fotovoltaica, lo que provoca que su punto de funcionamiento oscile a alta frecuencia.

El RCC se basa, al igual que la técnica P&O vista anteriormente, en la relación que existe entre las variaciones de potencia y las variaciones de tensión (o de intensidad) a cada lado del MPP. Sin embargo, mientras en P&O se perturbaba el punto de funcionamiento para comprobar la variación de potencia asociada, RCC utiliza las “pequeñas perturbaciones de alta frecuencia” que supone el rizado, por lo que no es necesario programar ningún algoritmo que establezca las perturbaciones sobre el punto de funcionamiento (lo cual supone un importante ahorro de inversión en electrónica y en tiempo de programación).

Desde el punto de vista de la maximización de potencia conseguida, el RCC consigue un seguimiento constante y exacto del MPP al basarse en oscilaciones de alta frecuencia ya presentes en la planta. Mientras que el P&O hacía oscilar el punto de funcionamiento alrededor del punto de máxima potencia, lo que suponía una cierta pérdida de eficiencia en función de la frecuencia y amplitud de dichas oscilaciones.

Haciendo un estudio de casos parecido al que se hizo al ver el control P&O, vemos que si el signo de la variación de potencia es igual al de la variación de tensión (o de intensidad), el punto de funcionamiento está por debajo del MPP y si los signos son distintos se está por encima de éste; por eso, para realizar el seguimiento del MPP, el RCC varía el ciclo activo del convertidor boost de forma proporcional al producto de las variaciones de potencia y tensión (o intensidad) según:

(1)

o bien:

(2)

Donde d(t) es el “Duty Ratio” o Ciclo Activo y k3 es una constante. Con este tipo de control se consigue un seguimiento real del MPP de forma constante.

Si bien las derivadas en (1) y (2) podrían plantear serios problemas, es posible calcular ambas integrales empleando únicamente las medidas acopladas de tensión e intensidad alternas. Eso hace que este método se pueda implementar empleando circuitos analógicos sencillos y baratos.

Esta técnica resulta especialmente interesante dadas sus grandes ventajas, por lo que se recomienda al lector interesado que se remita a la siguiente reseña: [P. Midya, P. T. Krein, R. J. Turnbull, R. Reppa, and J. Kimball, “Dynamic maximum power point tracker for photovoltaic applications”]; donde encontrará una explicación sobre el cálculo de (1) y (2) mediante el uso directo de las medidas de tensión e intensidad, un análisis de estabilidad del método, un esquema de su implementación electrónica y resultados experimentales comparativos que indican entre un 3% y un 4% más de rendimiento obtenido que con el método P&O.

Barrido de intensidad

La técnica de barrido de intensidad (Current Sweep) consiste en hacer periódicamente un control de la corriente eléctrica haciendo que recorra todo el rango de valores desde la intensidad máxima. Con las medidas de tensión obtenidas durante el barrido es posible calcular el punto de máxima potencia aplicando la condición de que en él: dP/di =0.

La función que se elige para el barrido se busca proporcional a su propia derivada, lo que resulta en una exponencial inversa con una constante de tiempo k4 a elegir. Este tipo de forma de onda es fácil de conseguir con circuitos analógicos mediante la descarga de un condensador. El cálculo del MPP también se puede llevar a cabo mediante circuitos analógicos, lo que hace bastante barato implementar este tipo de control. Como ventaja añadida se puede decir que no necesita conocimiento previo de las características de la instalación, salvo una estimación de la intensidad máxima.

Sin embargo, durante es barrido, que puede durar entorno a los 50 ms, la planta no opera cerca del MPP, lo que conlleva cierta pérdida de potencia. Es necesario comprobar si dicha pérdida es suficientemente menor que el incremento de rendimiento obtenido mediante el MPPT.

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