Técnicas de “Maximum Power Point Tracking” (V)

Publicado mayo 29, 2010 por Javier Barro
Categorías: energías renovables, generación de potencia eléctrica, MPPT

Maximización de la intensidad / tensión de la carga

A menudo las plantas fotovoltaicas se emplean para alimentar una carga concreta y en esos casos, suponiendo un conversor de potencia sin pérdidas, maximizar la potencia obtenida de la planta equivale a maximizar la potencia consumida por dicha carga. Esta equivalencia se puede aprovechar a la hora de abordar el problema de maximización teniendo en cuenta que la mayoría de las cargas son de tipo fuente de tensión, fuente de intensidad, resistivas o una combinación de ellas. En el caso de fuentes de tensión, maximizar la potencia implica maximizar la intensidad consumida iout, en el caso de una fuente de intensidad la potencia se maximiza maximizando la tensión vout y en el resto de los casos se puede usar cualquiera de los dos. Esto también es cierto para el caso de cargas no lineales siempre que no muestren características de impedancia negativa.



Como consecuencia, es posible hacer un Read the rest of this post »

Técnicas de “Maximum Power Point Tracking” (IV)

Publicado abril 18, 2010 por Javier Barro
Categorías: energías renovables, generación de potencia eléctrica, MPPT

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 Read the rest of this post »

Técnicas de “Maximum Power Point Tracking” (III)

Publicado marzo 14, 2010 por Javier Barro
Categorías: energías renovables, generación de potencia eléctrica, MPPT

Control mediante lógica difusa

El uso de micro controladores hace posible realizar el “Maximum Power Point Tracking” con técnicas de control mediante lógica difusa, que se ha hecho popular en la última década. Entre las ventajas de la lógica difusa se encuentran el hecho de que no necesita un modelo matemático preciso, admite comportamiento no lineal y funciona con entradas poco precisas.

El control por lógica difusa consta de tres etapas:

  1. Ambiguación (fuzzification): En la que las entradas son convertidas de valores  numéricos a valores “difusos” o niveles como: “muy alto”, “alto”, “medio”, “bajo” y “muy bajo”
  2. Búsqueda en tabla: Se selecciona un valor difuso de la salida correspondiente a los valores difusos de las entradas.
  3. Desambiguación (defuzzification): Donde se convierte el valor difuso de la salida en una salida numérica.

NG = Negativo Grande; NP = Negatvo Pequeño; CE = Cero; PP = Positivo Pequeño; PG = Positivo grande

Para el primer y el tercer paso se utilizan funciones de pertenencia del estilo de las de la figura anterior, típicamente con tres, cinco o siete niveles. En el MPPT, las entradas para este tipo de control suelen consistir en Read the rest of this post »

Distribución de tensiones alrededor de un agujero en una placa a tracción.

Publicado febrero 14, 2010 por Javier Barro
Categorías: código, elasticidad, matlab, simulación

Si es cierto que una imagen vale más que mil palabras, una animación ‘.gif’ es una formidable verborrea que sacia hasta los ojos del más curioso. Las animaciones realizadas en este blog para la simulación de fluidos parecen haber gustado a los lectores y, en concreto, han inspirado a los administradores de un blog amigo que han decidido hacernos un encargo. Por eso interrumpimos brevemente las publicaciones sobre maximización de potencia fotovoltaica para presentar los resultados de dicha petición.

Se trata del estudio del estado tensional alrededor de un agujero en una placa sometida a una carga lateral uniforme. La realización de agujeros en una laja sometida a tracción es una necesidad habitual en todo tipo de estructuras (depósitos, elementos de estructuras civiles, fuselajes de aviación, etc.) y es importante conocer ciertos datos como el hecho de que el orificio actúa como concentrador de tensiones y el valor de tensión máxima que se produce (σθ = 3p, siendo p la tensión lateral aplicada)

Read the rest of this post »

Técnicas de “Maximum Power Point Tracking” (II)

Publicado febrero 5, 2010 por Javier Barro
Categorías: energías renovables, generación de potencia eléctrica, MPPT

Hill Climbing y P&O

De los métodos sobre los que más estudios existen para maximizar la potencia obtenida por los paneles fotovoltaicos son los llamados “Ascenso de Colina” (Hill Climbing) y “Perturbar y Observar” (Perturb and Observe) o P&O. La técnica Hill Climbing consiste en alterar el ciclo activo del conversor de potencia, mientras que la P&O consiste en alterar la tensión de funcionamiento del sistema de paneles fotovoltaicos; sin embargo, cuando el sistema va conectado a un conversor de potencia, una alteración del ciclo activo produce una variación de la tensión de funcionamiento de los paneles. Como se ve, se trata realmente de nombres para dos puntos de vista distintos de la misma técnica.

El procedimiento se resume en los siguientes pasos:

  1. Alterar la tensión de funcionamiento (aumentar o disminuir).
  2. Comprobar la variación de la potencia obtenida.
  3. Seleccionar el sentido de la siguiente perturbación (I.e.: el signo del siguiente incremento de tensión):
  • Si la potencia ha aumentado se conserva el anterior.
  • Si la potencia ha disminuido se cambia el sentido del incremento.

Con estos pasos, en vista de la forma de la curva de potencia, se consigue mantener el punto de funcionamiento oscilando entorno al punto de máxima potencia (MPP). La oscilación se puede minimizar reduciendo el tamaño de los incremento, aunque esto, por otro lado, Read the rest of this post »

Técnicas de “Maximum Power Point Tracking” (I)

Publicado diciembre 28, 2009 por Javier Barro
Categorías: control, energías renovables, generación de potencia eléctrica, MPPT

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 Read the rest of this post »

Integración en el tiempo de campos 2D (II)

Publicado diciembre 9, 2009 por Javier Barro
Categorías: código, fluidos, matlab, simulación

En este artículo vamos a presentar un ejemplo de simulaciones hechas con el código del artículo anterior. (Con animaciones incluidas)

Se trata de un problema conocido y sencillo de dinámica de fluidos: movimiento de un fluido alrededor de una placa plana finita. Para empezar, se ha implementado una función con las derivadas temporales de las variables: densidad, velocidad “Vx”, velocidad “Vy”, presión y entropía. Es decir, las ecuaciones de Navier Stokes (en su variante que utiliza la ecuación de la entropía para gases en lugar de la energía interna) más la ecuación de estado del fluido derivada con respecto al tiempo (considerando que éste tiene comportamiento de gas ideal).  Read the rest of this post »