Sistema autónomo de energía a base de paneles solares y baterías utilizando dos convertidores DC-DC

Esta asistencia de investigación tiene como propósito el diseño, implementación y puesta en marcha de un sistema autónomo de energía compuesto por una etapa de generación fotovoltaica y otra de almacenamiento de energía, los cuales alimentan en conjunto un bus de corriente continua al que se conecta...

Full description

Autores:: Alcalá Forero, Julián David
Hernández Palma, Gildardo

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2022

Institución:: Universidad de Ibagué

Repositorio:: Repositorio Universidad de Ibagué

Idioma:: spa

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description	Esta asistencia de investigación tiene como propósito el diseño, implementación y puesta en marcha de un sistema autónomo de energía compuesto por una etapa de generación fotovoltaica y otra de almacenamiento de energía, los cuales alimentan en conjunto un bus de corriente continua al que se conectan cargas electrónicas. En la etapa de generación fotovoltaica, mediante una estrategia de control por modos deslizantes, se rastrea el punto máximo de potencia (MPPT) con el objetivo de absorber en todo instante de tiempo la mayor potencia independientemente del nivel de voltaje del panel solar. La parte de potencia de la esta etapa se implementa usando un convertidor de medio puente operando de forma unidireccional. Seguidamente, la etapa de almacenamiento se compone de un convertidor bidireccional de medio puente que regula el voltaje del bus, el cual opera como un elevador de voltaje cuando se necesita suministrar energía desde las baterías en casos baja irradiancia, o, por el contrario, cuando la irradiancia sea alta, operar como un reductor de voltaje para cargar la batería. El sistema se estudió a partir de los conceptos teóricos que lo soportan y se realizaron mediciones y experimentos de laboratorio para comprobar su funcionamiento correcto. Como resultado, se aseguró una operación en conjunto del sistema para una potencia máxima de 200 W, obteniendo una eficiencia del 94% en la etapa de generación y 86% en la de almacenamiento.
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Seguidamente, la etapa de almacenamiento se compone de un convertidor bidireccional de medio puente que regula el voltaje del bus, el cual opera como un elevador de voltaje cuando se necesita suministrar energía desde las baterías en casos baja irradiancia, o, por el contrario, cuando la irradiancia sea alta, operar como un reductor de voltaje para cargar la batería. El sistema se estudió a partir de los conceptos teóricos que lo soportan y se realizaron mediciones y experimentos de laboratorio para comprobar su funcionamiento correcto. Como resultado, se aseguró una operación en conjunto del sistema para una potencia máxima de 200 W, obteniendo una eficiencia del 94% en la etapa de generación y 86% en la de almacenamiento.The purpose of this research assistance is the design, implementation and commissioning of an autonomous energy system composed of a photovoltaic generation stage and an energy storage, which together feed a DC bus which electronic loads are connected. In the photovoltaic generation stage, by means of a sliding mode control strategy, the maximum power point (MPPT) is tracked with the objective of absorbing the highest power at any instant of time regardless of the voltage level of the solar panel. The power part of this stage is implemented using a half-bridge converter operating unidirectionally. Then, the storage stage consists of a bidirectional half-bridge converter regulating the bus voltage, which operates as a voltage booster when power needs to be supplied from the batteries in cases of low irradiance, or, conversely, when irradiance is high, operate as a voltage reducer to charge the battery. The system was studied from the theoretical concepts that support it and laboratory measurements and experiments were performed to verify its correct operation. As a result, an overall operation of the system was ensured for a maximum power of 200 W, obtaining an efficiency of 94% in the generation stage and 86% in the storage stage.PregradoIngeniero ElectrónicoIntroducción.....1 1. Generalidades.....3 1.1 Marco teórico.....3 1.1.1 Algoritmos MPPT de un sistema fotovoltaico.....3 1.1.2 Transductores de voltaje y corriente.....5 1.1.3 Documentos técnicos.....5 1.2 Trabajo relacionado.....5 1.2.1 Sistemas aislados de la red alimentados con energía solar fotovoltaica.....5 1.2.2 Método de control para la extracción de energía fotovoltaica.....6 1.2.3 Sistema de almacenamiento de energía.....6 1.3 Descripción del problema y justificación.....6 1.4 Objetivos.....7 1.4.1 Objetivo General.....7 1.4.2 Objetivos Específicos.....7 1.5 Metodología.....7 2. Generador Fotovoltaico.....9 2.1 Algoritmo de Auto-Optimización basado en modos deslizantes.....10 2.2 Modelamiento del algoritmo MPPT.....11 2.3 Caracterización y análisis del panel solar del sistema fotovoltaico.....13 2.4 Modelamiento y diseño del convertidor de medio puente unidireccional.....17 2.5 Implementación y resultados del algoritmo MPPT por simulación.....21 2.6 Implementación y resultados físicos del algoritmo MPPT.....23 3. Sistema bidireccional de regulación de voltaje.....27 3.1 Modelamiento del convertidor bidireccional de medio puente.....27 3.2 Control para la regulación del voltaje de carga y consumo del bus DC.....29 3.3 Implementación de la etapa de almacenamiento de energía.....31 3.4 Simulación y resultados de la etapa de almacenamiento de energía.....33 3.5 Simulación de la etapa de almacenamiento de energía.....33 3.6 Resultados experimentales de la etapa de almacenamiento de energía.....35 4. Ensamble del Generador fotovoltaico y el sistema bidireccional de regulación de voltaje.....37 5. Conclusiones y recomendaciones.....39 5.1 Conclusiones.....39 5.2 Recomendaciones.....39 6. Referencias Bibliográficas.....40 7. A. Anexo: Extracción y análisis de las curvas del panel de potencia respecto al ciclo útil(P/D) y de dP/dD.....44 B. Anexo: Código en lenguaje C de la etapa del generador fotovoltaico.....48 C. Anexo: Código en lenguaje C del sistema bidireccional de regulación de voltaje.....5264 páginasapplication/pdfAlcalá Forero, J. D. & Hernández Palma, G.(2022).Sistema autónomo de energía a base de paneles solares y baterías utilizando dos convertidores DC-DC.[Trabajo de grado, Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/4908https://hdl.handle.net/20.500.12313/4908spaUniversidad de IbaguéIngenieríaIbaguéIngeniería ElectrónicaD. J. Trujillo Sandoval, F. I. Mosquera Velásquez, E. M. García Torres, D. J. Trujillo Sandoval, F. I. Mosquera Velásquez, and E. M. García Torres, “Análisis de viabilidad de microrredes eléctricas con alta penetración de recursos renovables en zonas urbanas: caso de estudio condominios residenciales,” Enfoque UTE, vol. 12, no. 2, pp. 19–36, Apr. 2021, doi: 10.29019/ENFOQUEUTE.734.A. Alqahtani, M. Alsaffar, M. El-Sayed, and H. Behbehani, “A photovoltaic system experiment in a laboratory environment:,” https://doi.org/10.1177/0020720917750956, vol. 55, no. 1, pp. 31–43, Jan. 2018, doi: 10.1177/0020720917750956.E. Planas, J. Andreu, J. I. Gárate, I. Martínez De Alegría, and E. Ibarra, “AC and DC technology in microgrids: A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 43, pp. 726–749, Mar. 2015, doi: 10.1016/J.RSER.2014.11.067.Y. M. 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Sistema autónomo de energía a base de paneles solares y baterías utilizando dos convertidores DC-DC

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