Controlador de carga PWM eficiente y de bajo costo para sistemas fotovoltaicos autónomos

• Luna Paipa, Eduardo Andrés ^[1] ; Laguado Serrano, Miguel Ángel ^[1] ; Sepúlveda Mora, Sergio Basilio ^[1]
  1. [1] Universidad Francisco de Paula Santander

     Universidad Francisco de Paula Santander

     Colombia

     
• Localización: Respuestas, ISSN 0122-820X, ISSN-e 2422-5053, Vol. 23, Nº. Extra 1, 2018, págs. 6-13
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Low cost and efficient PWM charge controller for autonomous photovoltaic systems
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• Resumen
  • español

    Los sistemas fotovoltaicos autónomos (SFA) se componen de un panel solar, una batería, una carga eléctrica y un controlador de carga. En particular, el controlador de carga tiene como objetivo proteger la batería de sub-descargas y sobrecargas manteniendo un control constante en la energía entregada por el panel a la batería, así como también de la batería hacia la carga conectada. En este artículo se describe el diseño e implementación de un controlador de carga utilizando modulación por ancho de pulso (PWM), tomando en cuenta un análisis de relación costo-beneficio para conseguir la mayor eficiencia posible a un precio competitivo en el ámbito comercial. Se desarrolló mediante un circuito de potencia utilizando transistores de efectos de campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET) de rápida conmutación; los MOSFET se activan a través de una señal PWM transmitida por un micro-controlador PIC, que fue programado para variar el ciclo de trabajo de la señal PWM, dependiendo de las variables que se miden en el SFA, como voltaje del panel y el estado de carga de la batería (SoC). El SoC se determina mediante el método de conteo de Amperios-hora, midiendo las variables eléctricas utilizando divisores de voltaje y un sensor de corriente de efecto Hall, los cuales envían la información al micro-controlador. Se implementó el controlador de carga utilizando componentes de bajo costo y reduciendo la cantidad de sensores comúnmente usados sin afectar el funcionamiento del circuito, además de obtener una eficiencia y un precio que compite con los controladores PWM existentes en el mercado.  Palabras Clave: Controlador de carga, Efecto Hall, Microcontrolador, Modulación por ancho de pulsos,Sistema Fotovoltaico Autónomo.

  • English

    An off-grid Photovoltaic (PV) system consists of a solar panel, a battery, an electrical load, and a charge controller. Particularly, the charge controller has the purpose of protecting the battery from overcharging and low discharging, controlling the energy delivered from the panel to the battery, and from the battery to the load. In this work, we described the design and implementation of a charge controller using pulse width modulation (PWM), taking into consideration an analysis of cost-benefit relation to obtain the highest efficiency at a competitive price in the market. The power electronics of the charge controller use Metal–Oxide–Semiconductor Field–Effect– Transistors (MOSFET); the MOSFETs are activated through a PWM signaltransmitted by a PIC micro–controller that was programmed to change the duty cycle of the PWM signal according to the variables measured on the PV system such as solar panel voltage and the state of charge of the battery (SoC). The SoC is determined by the Ampere-hour counting method, measuring the electrical variables using voltage divisors and a Hall Effect current sensor; these devices send the information to the micro-controller. The charge controller was implemented using low cost components and reducing the number of sensor commonly used without affecting the operation of the circuit. Consequently, we developed a charge controller with an efficiency and price that competes with the current PWM controllers available inthe market.

    Keywords: Charge controller, Hall Effect, Micro-controller, Off-grid PV Systems, Pulse Width Modulation