Diseño de control para el seguimiento del punto de máxima potencia en un sistema fotovoltaico en condiciones de sombra no uniforme

Abstract

La energía fotovoltaica se está volviendo cada vez más popular en muchos países del mundo debido a sus características económicas, ambientales y de disponibilidad. Sin embargo, una desventaja significativa de los sistemas fotovoltaicos es su baja eficiencia de conversión debido a muchos factores, entre ellos, la presencia de sombras, que da lugar a que la irrandiancia y temperatura en el panel sea no uniforme. En este escenario, la potencia máxima que puede generarse es variante, por lo que es necesario realizar un seguimiento adecuado del Punto de Máxima Potencia (MPP), el cual representa la energía máxima que se puede extraer del módulo fotovoltaica.

En este trabajo se proponen varias técnicas para seguir el MPP basadas en el control por modos deslizantes (SMC) Super Twisting. Se exploraron dos enfoques: • En el primero, la superficie de deslizamiento se diseña de tal forma que el problema se traduce en resolver la tarea de seguimiento de trayectorias clásico. Las trayectorias de referencia para seguir el MPP se determinaron de dos formas: 1) A través de técnicas de regresión lineal y múltiple. 2) Utilizando la caracterización teórica de los parámetros óptimos de operación en el MPP.

• En el segundo, la superficie de deslizamiento se diseña empleando las propiedades del MPP observadas en las curvas características. Se busca garantizar que cuando se alcance la superficie de deslizamiento, se obtenga el punto máximo en la curva de potencia-voltaje, que corresponde al MPP.

La contribución principal de este trabajo es el diseño de superficies de deslizamiento para el control Super Twisting SMC que da lugar a una mejora importante en las características de respuesta del sistema. El desempeño de la propuesta de control ilustra mediante simulaciones numéricas. Además, se realiza una comparación con los algoritmos clásicos Perturbación y Observación (P&O) y Conductancia Incremental (INC), mostrando la superioridad del enfoque de control propuesto.

Las ventajas del enfoque Super Twisting SMC se identifican en términos de la velocidad de respuesta, amplitud de oscilaciones en la señal de potencia generada y eficiencia. En cuanto a la velocidad de respuesta, aunque las diferencias no son significativas, el método SMC presenta un tiempo de asentamiento menor, de alrededor de 0.05 s, mientras que con los metodos INC y P&O es de hasta 0.65 s y 0.09 s, respectivamente. El método que genera oscilaciones de mayor amplitud es INC, alcanzando valores de hasta 262.3 W, mientras que con el método SMC (con el primer enfoque de diseño de la superficie de deslizamiento) la amplitud de las oscilaciones es menor a 1 W. En cuanto a la eficiencia, el SMC alcanza en la mayoría de los casos valores superiores al 98 %. Con los métodos INC y P&O, bajo ciertas condiciones de operación, se identifican valores de eficiencia similares a los que se alcanza con el SMC, aunque en ciertos casos la eficiencia máxima es de al rededor del 90%.