El papel, el principio y el algoritmo del MPPT del inversor fotovoltaico
2025-03-20
MPPT es una tecnología fundamental en los inversores, y el voltaje MPPT es un parámetro crítico en el diseño de centrales fotovoltaicas.
En la figura anterior, la tensión y la corriente de salida del módulo fotovoltaico siguen la curva I-V y la curva P-V. Para que el inversor entregue la máxima potencia, es necesario que el voltaje de corriente continua (DC) funcione en el punto máximo donde se encuentra el punto rojo. Este punto es el punto de máxima potencia.
1. ¿Qué es MPPT?
Si el punto de máxima potencia es de 550V, la potencia generada a 550V es de 200W. En este caso, si el voltaje de operación es de 520V, la potencia será de aproximadamente 190W, y a 580V será de aproximadamente 185W, ambos valores inferiores a la potencia obtenida a 550V. Si el inversor no puede seguir el punto de 550V, se perderá parte de la generación de energía, aunque esto no tendrá otros efectos sobre el sistema.
¿Por qué necesitamos realizar un seguimiento continuo?
Porque esta curva varía con la intensidad de la luz, la temperatura y el sombreado, lo que significa que el punto de máxima potencia también cambia. Por ejemplo, en la mañana el voltaje del punto de máxima potencia puede ser de 560V, al mediodía 520V y en la tarde 550V. Por ello, el inversor debe encontrar constantemente este punto de máxima potencia, es decir, realizar el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT), para garantizar que la energía generada por los paneles solares se maximice a lo largo del día sin desperdiciar recursos solares.
Basándonos en estos conocimientos básicos, aprendamos más sobre el MPPT.
MPPT, que es la abreviatura de Maximum Power Point Tracking (Seguimiento del Punto de Máxima Potencia), significa que el inversor ajusta la potencia de salida del sistema fotovoltaico en función de la temperatura ambiente, la intensidad de la luz y otras condiciones externas, de modo que el sistema fotovoltaico siempre opere en su punto de máxima potencia.
2. ¿Cuál es la función del MPPT?
Dado que las celdas solares están influenciadas por factores externos como la intensidad de la luz y el entorno, su potencia de salida varía constantemente. Cuanto mayor sea la intensidad de la luz, mayor será la cantidad de electricidad generada. El inversor con función MPPT permite aprovechar al máximo las celdas solares para que operen en el punto de máxima potencia. En otras palabras, bajo una radiación solar constante, la potencia de salida después de aplicar MPPT será mayor que antes de su uso. Esta es la función principal del MPPT.
Por ejemplo, si el MPPT aún no ha comenzado el seguimiento, el voltaje de salida del módulo puede ser de 500V. Una vez que MPPT entra en acción, el inversor ajusta la resistencia en el circuito interno para modificar el voltaje y la corriente de salida del módulo hasta alcanzar la máxima potencia posible (suponiendo que sea 550V). A partir de ahí, el sistema continuará realizando el seguimiento para mantener este punto de máxima potencia. De este modo, bajo una radiación solar constante, la potencia de salida a un voltaje de 550V será mayor que a 500V. Esta es la importancia del MPPT.
3. Factores que afectan el MPPT en un solo módulo fotovoltaico
En términos generales, los factores que más afectan el MPPT son la irradiancia solar y la temperatura, ya que estos cambios se reflejan directamente en la potencia de salida.
Cuando la irradiancia disminuye, la potencia de salida del módulo fotovoltaico también disminuye.
Cuando la temperatura aumenta, la potencia de salida del módulo fotovoltaico disminuye.
(1). El impacto de la irradiancia en el MPPT
El seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) del inversor tiene como objetivo encontrar el punto con la máxima potencia en la figura anterior. Como se puede observar en la figura, cuando la irradiancia disminuye, el punto de máxima potencia disminuye casi proporcionalmente, tal como se muestra en la siguiente tabla.
Se puede ver en la tabla anterior que cuando la irradiancia disminuye proporcionalmente, elvoltaje MPPT disminuye ligeramente; dado que P=I .U, cuando la irradiancia disminuye, Pdisminuye proporcionalmente, mientras que U disminuye ligeramente, por lo que la corriente Ideberia disminuir proporcionalmente.
(2). Impacto de la temperatura en el MPPT
Como se puede observar en la figura anterior, cuando la temperatura cambia, la potencia máxima disminuye gradualmente en proporción al coeficiente de temperatura, tal como se muestra en la siguiente tabla.
Se puede observar que la corriente está principalmente afectada por la irradiancia, mientras que el voltaje está principalmente afectado por la temperatura.
4. MPPT de la unidad de generación fotovoltaica y su principio y algoritmo
(1). MPPT de la unidad de generación fotovoltaica
Las dos imágenes anteriores muestran el seguimiento MPPT de un módulo fotovoltaico. En proyectos reales, un inversor de 500 kW a menudo necesita conectar entre 80 y 90 cadenas fotovoltaicas.
Durante su uso, el arreglo fotovoltaico puede verse fácilmente perturbado por el entorno circundante (como nubes flotantes, edificios, sombra de árboles, etc.) y el polvo en la superficie del panel solar, lo que resulta en una disminución de la potencia de salida del arreglo fotovoltaico y una curva característica de salida compleja. Esta curva tiene múltiples puntos extremos. Si una estación de energía tiene una unidad de aire acondicionado detrás de una cadena específica, una hoja cubre una celda determinada o una sombra de un árbol bloquea parte del módulo, entonces debe haber una desviación en la potencia de salida entre las diferentes cadenas. Por lo tanto, la curva característica de salida de la cadena fotovoltaica conectada a cada inversor se vuelve compleja y tiene múltiples puntos extremos. ¡Encontrar el punto más alto requiere MPPT!
(2). Principio del Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (MPPT)
Con el desarrollo de la tecnología electrónica, el control MPPT actual de los arreglos de celdas solares generalmente se realiza a través de circuitos de conversión DC/DC. Su diagrama de bloques principal se muestra en la figura a continuación.
El arreglo de celdas fotovoltaicas está conectado a la carga a través de un circuito DC/DC. El dispositivo de seguimiento de máxima potencia detecta continuamente los cambios de corriente y voltaje del arreglo fotovoltaico, y ajusta el ciclo de trabajo de la señal de control PWM del convertidor DC/DC según los cambios.
Para un circuito lineal, cuando la resistencia de carga es igual a la resistencia interna de la fuente de alimentación, la fuente de alimentación tiene la máxima salida de potencia. Aunque las celdas fotovoltaicas y los circuitos de conversión DC/DC son fuertemente no lineales, se pueden considerar como circuitos lineales en un período de tiempo muy corto. Por lo tanto, mientras se ajuste la resistencia equivalente del circuito de conversión DC-DC para que siempre sea igual a la resistencia interna de la celda fotovoltaica, se puede lograr la máxima salida de la celda fotovoltaica y se puede realizar el MPPT de la celda fotovoltaica.
(3). Algoritmo MPPT
Actualmente, la tecnología de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) de los arreglos fotovoltaicos ha sido estudiada en la industria, y se han desarrollado diversos métodos de control. Los más utilizados son los siguientes: el método de seguimiento de voltaje constante (Constant Voltage Tracking, CVT por sus siglas en inglés), el método de perturbación y observación (Perturbation And Observation, P&O por sus siglas en inglés), el método de conductancia incremental (Incremental Conductance, INC por sus siglas en inglés), el método de incremento de conductancia basado en paso variable de gradiente, etc. (Estos algoritmos solo se pueden utilizar bajo condiciones sin obstrucciones).
● Algoritmo MPPT para salida de potencia de un solo pico
Actualmente, bajo condiciones sin obstrucciones, los métodos de control de seguimiento de máxima potencia (MPPT) de los arreglos fotovoltaicos más utilizados son los siguientes:
- Método de seguimiento de voltaje constante (Constant Voltage Tracking, CVT por sus siglas en inglés)
- Método de perturbación y observación (Perturbation And Observation, P&O por sus siglas en inglés)
- Método de conductancia incremental (Incremental Conductance, INC por sus siglas en inglés)
- Método de incremento de conductancia basado en paso variable de gradiente, etc.
● Algoritmo MPPT para salida de potencia múltiple de picos
Los algoritmos ordinarios de seguimiento de máxima potencia, como el método de perturbación y observación y el método de incremento de conductancia, pueden fallar bajo la cobertura de una nube y no pueden lograr un verdadero seguimiento del punto de máxima potencia. Actualmente, algunas personas en el mundo han propuesto algoritmos MPPT de múltiples picos, que incluyen principalmente los siguientes tres tipos:
- Algoritmo MPPT compuesto combinado con algoritmos convencionales
- Método de Fibonacci
- Método de pulso de corriente en cortocircuito
Resumen:
Actualmente, la industria ha reconocido la importancia de los canales MPPT múltiples de los inversores, y los inversores de cadenas MPPT múltiples han sido ampliamente reconocidos.
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