Control de un sistema fotovoltaico

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Control de un sistema fotovoltaico

Notapor inventable » Jue May 02, 2013 2:17 pm

Hola gente. Estoy trabajando desde hace un tiempo en el proyecto de un sistema de control para paneles foto-voltaicos. Hay muchos aspectos interesantes sobre los cuales me gustaría charlar y por lo tanto abro este hilo. Quizás, si la cosa toma forma los administradores del foro podrían crear una categoría específica (tema energía). Bueno, va mi primer pregunta.
¿Fundamentalmente que debería hacer el programa de un micro para controlar la carga de una batería acido-plomo con un panel fotovoltaico?
El sistema está compuesto por un solo panel fotovoltaico de 12V (con diodo de protección), una batería y una fuente de emergencia (esta última en el caso que la batería se descargue).
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Re: Control de un sistema fotovoltaico

Notapor Mario » Jue May 02, 2013 4:28 pm

Hola Gabriel! :D

Para ese "trabajo" que mencionas, vienen circuitos integrados especiales y específicos que cumplen esas funciones sin necesidad de utilizar un microcontrolador.
También vienen otros a los cuales les puedes "agregar" el microcontrolador para que se puedan realizar otras operaciones en el proceso. Para empezar a ver hacia dónde direccionar el diseño, creo que primero sería bueno tener claridad en ese punto.

"Lo prefieres sin" microcontolador o "lo necesitas con" microcontrolador. Creo que ese es el punto inicial para decidir hacia donde buscaremos soluciones. ;)

Abrazo!
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Re: Control de un sistema fotovoltaico

Notapor inventable » Jue May 02, 2013 7:11 pm

Hola Mario, gracias por tu respuesta. Yo prefiero no usar circuitos integrados específicos, solo un microcontrolador con ADC y después dos llaves de potencia (mosfet) que conectan / desconectan el panel y la fuente a la batería en base a sus estado (cargada, medio cargada o descargada). Simplemente se podría trabajar monitoreando la tensión de la batería . No se si es necesario tener en cuenta otras consideraciones.
Hasta pronto!!
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Re: Control de un sistema fotovoltaico

Notapor elgarbe » Jue May 02, 2013 8:34 pm

Hola Inevitable, mi experiencia (que no es mucha) me dice que si quieres cargar una batería de plomo ácido "de la mejor manera posible" tu cargador debe poder conmutar entre 2 tensiones de carga distintas. Si partes de una batería totalmente descargada también necesitas una primer etapa de carga por corriente constante. Si bien el método de cargar con una tension constante es la más usada y lo que se hace es cargarla con una corriente pequeña, se tarda mucho en completar la carga. No hace mucho hice una luz de emergencia industrial y me arrepnetí mucho no haver considerado la carga a dos tensiones.
La idea de carga es la siguiente:

Imagen

Te transcrivo una explicacion en ingles de las etapas de carga de un equipo comercial:

Código: Seleccionar todo
The first part of the multi-stage charge cycle is constant current mode “Bulk Charge”; Ag102 limits this to a maximum of 0.25C Amps (a quarter of the battery capacity), as required by SLA batteries. For example, if the capacity of the SLA battery being charged is 4Ah, then the constant current should be limited to 1 Amp. During this stage, the Ag102 monitors the battery terminal voltage until the terminal voltage reaches 14.4V (2.40V/cell).

Once the terminal voltage reaches 14.4V; the Ag102 charge cycle automatically moves on to the second stage “High Absorption Charge”. The Ag102 output changes from constant current to constant voltage and now monitors the charge current. When the charge current drops to 0.05C Amps, which is 0.2 Amps for a 4Ah battery, the battery will have recovered approximately 70-80% of its charge. At this point the Ag102 output voltage reduces to 13.65V (2.275V/cell) - this is the “Low Absorption Charge”. The remaining 20-30% of the charge is carried out at this lower voltage in order to prevent over-charge. Ag102 will stay in this mode until the battery is fully charged.

The final stage of the charge cycle is the “Float Charge”. This can be done by accurately maintaining the low absorption voltage level, or as with the Ag102, by providing an intermittent float charge as shown in Figure 2. These methods ensure that the battery is not being over-charged, as over-charging will result in battery stress, reducing the battery life. During the intermittent float charge, Ag102 will periodically check battery capacity, and flag this information.

All the above charge voltages are based on an ambient temperature of between 20°C to 25°C. For the best performance these voltages will need to be temperature compensated by approximately 4mV/°C/Cell (reduced at higher temperatures and increased at lower temperatures). Ag102 has the ability to provide temperature compensation via PTC thermistor input – the PTC thermistor connects to the battery, and the Ag102 automatically adjusts all charging voltages to compensate for temperature variances, thus always maintaining optimum charge performance for the SLA battery – maximising battery life, and minimising charge times.

There are limits to the battery operating temperature and SLA battery life is greatly reduced at higher ambient temperatures. For more information on this you will need to refer to the battery manufacturer’s datasheet.


O sea que tu micro debería monitorear la tension de la batería y la corriente de carga y actuar en cuestion de acuerdo a la explicacion anterior.

Como lograrlo con un panel fotovoltaico es otra cuestion ya que el mismo te entrega una tension fija de acuerdo a las celdas conectadas.... habría que ver un poco este punto...

Saludos!
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Re: Control de un sistema fotovoltaico

Notapor Suky » Vie May 03, 2013 2:27 pm

Hola! Yo en su momento en base al proyecto de Felixls arme lo siguiente: http://www.ucontrol.com.ar/forosmf/proy ... /#msg70093

Deje la librería utilizada para las pruebas, pero me falto evaluar otras baterias de distintas capacidades.


Saludos!
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Re: Control de un sistema fotovoltaico

Notapor Daikataro » Dom May 05, 2013 9:54 pm

Aparentemente es fácil resolver el dilema; aparentemente desde luego

-Monitorear constantemente la tensión de la batería utilizando un divisor resistivo para bajar la tensión hasta niveles tolerables para el PIC.
-Basado en la lectura, decir al PIC que active uno de dos circuitos: el de carga rápida o el de carga lenta. Agregar previsión de histéresis mediante subrutinas o etiquetas.
-Una vez que el valor de tensión en la batería sobrepase un cierto límite, indicar al PIC que desactive ambos circuitos y encienda algún indicador de carga completa.
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Re: Control de un sistema fotovoltaico

Notapor inventable » Lun May 06, 2013 1:45 pm

Hola, muy interesante las descripción del ciclo de carga hecha por elgarbe y también el link de suky sobre el cargador che aplica estos mismos principios. Estoy de acuerdo con el razonamiento de Daikataro aunque si lamentablemente no es posible trabajar con la parte de corriente constante debido a las características del panel fotovoltáico.
Me explico mejor. En la figura pueden ver un circuito simplificado del sistema sobre el que estoy trabajando. El panel es pequeño respecto a la capacidad de la batería y la energía que produce no es constante. Por lo tanto no logro pasar por la primera fase de corriente constante. Tampoco puedo hacer una carga a impulsos porque se reflejaría en la instalación de 12V que está siempre conectada. La fuente de alimentación sirve cuando el panel no produce suficiente energía para cargar la batería (días nublados o mucho consumo de la instalación).

Imagen

El micro monitorea los 12V de la batería y en condiciones normales el panel està siempre conectado. Se desconecta solamente cuando la batería está completamente cargada (casi nunca). Si el consumo de la instalación descarga la batería por debajo de un cierto nivel, se activa la fuente externa (o de emergencia) que garantiza los 12V y no permite que la batería quede descargada por mucho tiempo (para que no se dañe). Los dos umbrales de tensión (batería cargada y batería descargada) tienen histéresis.
¿Que opinan?
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Re: Control de un sistema fotovoltaico

Notapor Switchxxi » Lun May 06, 2013 2:38 pm

Guenas...

Hasta donde sabia los paneles solares no entregan una tensión fija en la salida. Si el tuyo es de 12v imagino que la tensión puede llegar a los 20v fácilmente en un día muy soleado. ¿ Tienes las hojas de datos del panel o haz echo alguna tabla ?.

Yo creo que lo primero y mas importante es esa parte, obtener los datos. Sin hojas de datos habrá que poner el panel afuera con una carga fantasma (simple resistencia de potencia) e ir midiendo y anotando corriente y tensión.

Con eso podrás saber la potencia -Watts- del panel y hacer los cálculos para los demás circuitos.

Obviamente un regulador te va a hacer falta. Cualquier regulador de 12v/3A (o 5A si quieres estar en el lado seguro) te servirá para el caso. ¿ Porque 12v ? por la simple razón que si usas el típico regulador de 3 pines (LM7812 por ejemplo) puedes "levantar" en tensión el pin que generalmente va a GND -poniendo un par de diodos comunes o algún zenner de bajo valor- y aumentar la tensión de salida del regulador a 12v + caída en el/los diodos. Ya con eso con un par de transistores puedes poner el pin a GND para una salida a 12v (carga lenta) o conmutar a 3 diodos comunes en serie y tener una salida a 12v + (3 x 0.6) = 13.8v. (por dar algunos ejemplos).

¿ Limitar la corriente ? El problema es que si le pides mucha corriente, la tensión del panel bajara con lo que puedes colocar un regulador de corriente a la salida del panel.
Si el panel solar no da mas de 42W (3A x 13.8v ~= 42W) puede colocar un limitador de corriente como los usados en las fuentes de alimentación echas con un amplificador operacional y un transistor de potencia. A la salida se coloca una resistencia shunt que "polariza, en exceso de corriente" un transistor de corte que regula la corriente a niveles prefijados. Con lo que si optas por esta solución en vez del regulador usas este tipo de fuente (que no es mas que aproximadamente lo mismo que esta dentro del regulador) y al amplificador operacional le envías una señal PWM desde el micro para controlar la tensión a la que regula la fuente con lo que puedes hacer tablas dentro del micro para hacer cargas lentas, rápidas, semi-lentas, o apagar la fuente. Con lo que ya resuelves todo de un saque.
Si el micro calcula que se va a quedar corto conmuta a la fuente auxiliar.

Obviamente ¿ que tensión uso para la carga rápida, cual para lenta, en que corriente limito la carga, etc ? todo eso dependerá de los datos que obtengas ya sea del datasheet del panel o de los calculados a mano.

Al menos es como lo encararía yo. Desde luego probablemente no sirva como yo lo digo ya que jamas arme un sistema así pero es por el lado que dispararía. =)

Saludos.
- Javier -
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Re: Control de un sistema fotovoltaico

Notapor lmtreser » Lun May 06, 2013 2:40 pm

Hola Gabriel! Tengo cero experiencia en la carga de baterías pero te recomiendo que leas el artículo que publico Felix en su blog, a lo mejor sacas alguna idea. Saludos!!!!

http://sergiols.blogspot.com.ar/2009/05/universal-battery-charger.html
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Re: Control de un sistema fotovoltaico

Notapor cucacaraudio » Vie May 10, 2013 11:59 am

Hola Inevitable, etsaria muy bueno que se arme una categoría de energías renovables, te cuento que yo me dedico a la energía solar y hace unos años estoy armando unos prototipos de reguladores solares, acá te paso unos fotos del primero. cuando encuentre los esquemáticos los subo.
Saludos

IMG_0989.jpg

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