Resistencia solar MPPT para termos o depósitos

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Homo_non_sapiens
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#21 Re: Resistencia MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Homo_non_sapiens » 15 Feb 2019, 11:42

Homo_non_sapiens escribió:
14 Feb 2019, 20:43
Redactaré un capítulo sobre las interacciones de la corriente eléctrica (DC y AC) con el organismo humano, en los "Fundamentos de la Electricidad"
Ya está escrito! Es el capítulo (17) en el subforo "Fundamentos de Electricidad y FV"
viewtopic.php?f=14&t=150
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#22 Re: Resistencia MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Muhurtam » 16 Feb 2019, 09:42

Buenos dias, le digo que vaya encargando los componentes, y que compre la resistencia de 48V.
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#23 Re: Resistencia MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 16 Feb 2019, 10:07

Muhurtam escribió:
16 Feb 2019, 09:42
Buenos dias, le digo que vaya encargando los componentes, y que compre la resistencia de 48V.
Si quieres en el transcurso del día, actualizo la lista de la compra con todos los componentes.
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#24 Re: Resistencia MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Mleon » 17 Feb 2019, 00:03

Viendo por internet veo esta gráfica que entiendo hace una comparativa de si se usa una resistencia fija o una "Resistencia MPTT"
Resistor_MPPT.JPG
La mayor diferencia obviamente es en días con nubes

Reconozco que no he visto como funciona eso de la "Resistencia MPTT" ... me lo pongo en el TO-DO :P
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#25 Re: Resistencia MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 17 Feb 2019, 00:51

No se les ve muy rigurosos a los de Electrodacus.
resistor.jpg
Considera que en ambos casos la intensidad es de 28 A, pero no es así, en el primero, la intensidad rondará los 30 A, no 28 A, dado que la intensidad no es constante a la izquierda del punto de máxima potencia.

Del mismo modo, en el gráfico que adjuntas, uno puede pensar que todos los días del año, en las horas centrales, coincide la potencia de una resistencia fija y de una MPPT y no es así, puesto que la temperatura de las células también afecta, así como la irradiación, que no tiene el mismo máximo todos los días.
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#26 Re: Resistencia MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 17 Feb 2019, 01:26

Ésta es una simulación que tiene en cuenta lo que comentaba antes. He tomado las radiaciones cada cuarto de hora según PVGIS, en un día de Enero por la zona de @Muhurtam , para 2100 w de placas y una resistencia de 1500 w nominales:

calc.jpg
La diferencia es importante y ronda el 37%
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#27 Re: Resistencia MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 18 Feb 2019, 09:33

Reanudamos para incorporar la lista de la compra definitiva.

Teníamos ya seleccionados condensadores y mosfets:

Los condensadores podrían ser tres en paralelo como este: https://es.rs-online.com/web/p/condensa ... o/1734247/

En cuanto a los transistores, parece que con un par de estos en paralelo podría ser suficiente: https://es.rs-online.com/web/p/mosfet/1107116/

Lo siguiente a seleccionar sería la fuente del driver de los mosfet. En la hoja de datos de los transistores vemos que la carga de la puerta es de unos 160 nC y la velocidad de conmutación es de 8 Khz, por lo que la intensidad necesaria mínima de la fuente es de 2 x 160 x 10xepx(-9) C x 8000 / s = 2,56 mA. Para evitarnos una fuente a +12 V, dada la baja corriente necesaria, utilizamos una resistencia un diodo Zéner y un condensador como bomba del driver, con una corriente de 10 mA, para tener suficiente margen.
Estimamos una tensión máxima de placas de 80 V, por lo que la resistencia ha de tener una caída de tensión de 80-12 V para una intensidad de 10 mA, por lo que la R ha de ser de unos 68 V / 0.01 A = 6800 Ohm. La potencia a disipar es de 68 V x 0.01 A = 0.68 w, por lo que seleccionaremos una resistencia de 2 W.

Una como ésta nos podría valer: https://es.rs-online.com/web/p/resisten ... e/0135392/

La tensión mínima de placas de diseño es de 40 V, por lo que la corriente en ese caso sería de 40-12 V / 6800 Ohm = 4.11 mA, que resulta suficiente.

En cuanto al diodo Zéner, uno de 12 V. La potencia máxima a disipar, tensión de placas de 80 V, sería de 12 V x 0.01 A = 0.12 W.

Seleccionamos uno como éste: https://es.rs-online.com/web/p/diodos-zener/5444477/

En cuanto al condensador, seleccionaremos unos cuya capacidad sea unas 100 veces la capacitancia de puerta, por lo que sería suficiente con unos 4 uF.

Seleccionamos uno como éste: https://es.rs-online.com/web/p/condensa ... o/4149008/

Con los elementos anteriores ya tenemos una bomba para el driver a +12 V.

Para alimentar Arduino podemos utilizar un cargador de móvil conectado directamente a las placas.

Como driver de los mosfets podemos utilizar éste : https://www.infineon.com/dgdl/Infineon- ... 7bb02f285c

La velocidad de conmutación no es alta, por lo que no es una decisión crítica la anterior.
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#28 Re: Resistencia MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 18 Feb 2019, 11:37

Algo importante que queda por determinar es la necesidad, o no, de disipador para los transistores.

Para ello, hemos de estimar las pérdidas por conducción y por conmutación.

Conducción:

Suponemos que no hace falta disipador y una temperatura en la unión de 80ºC. En ese caso, viendo la hoja de datos, para dicha temperatura, la resistencia de drenador a surtidor es de unos 3 mOhm. La intensidad máxima de diseño, (posible efecto borde de nube), es de 20 A por transistor y en ese caso las pérdidas por conducción serían de 20Ax20Ax0.003 Ohm = 1.2 W.

Conmutación:

Según el simulador, incluyendo todas las capacitancias de las hojas de datos, para una intensidad de drenaje de 20 A, una Vds de 60 V y una R Gate de 10 Ohm, el tiempo de subida más el de bajada es de 180 ns.
En tal caso, las pérdidas estimadas por conmutación en cada transistor serán: 1/2 I x V x t(subida+bajada) x f = 1/2 x 20 x 60 x 180 exp(-9) x 8.000 = 0.864 W

El caso más desfavorable se da con un alto ciclo de trabajo, en cuyo caso las pérdidas son 1.2+0.864 = 2.064 W.

Volviendo a la hoja de datos, vemos que es necesario disipador, pequeño en este caso, pero necesario.

Utilizaremos una pletina de aluminio que nos permitirá atornillar el cable que proviene de la resistencia hacia el mosfet con algo de pasta conductora en la unión del drenador y la pletina. Seleccionamos una de 60x30x3 mm que nos hará las funciones de unión con la resistencia-drenador y disipador.
Última edición por Gabriel_2018 el 18 Feb 2019, 12:09, editado 1 vez en total.
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#29 Re: Resistencia MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 18 Feb 2019, 12:09

Hardware para el control:

Para determinar el punto de máxima potencia del campo solar necesitamos conocer la tensión del campo solar, así como la intensidad.

Para ello, utilizaremos un shunt, 50 A/50 mV y un divisor de tensión. Dado que utilizaremos la referencia interna de Arduino para medir tensión, necesitamos que la tensión en el divisor sea inferior a 1.1 V. Por ejemplo, podemos tomar un par 220 Ohm 22 K.

Como filtros, en ambos casos, podemos utilizar una R de 1 K y un condensador de 1 uF.
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#30 Re: Resistencia MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 18 Feb 2019, 12:24

Elementos de seguridad:

En principio, para un depósito aislado de 500 L e instalación a muy baja tensión, no parecen necesarias medidas de seguridad especiales. En el caso de que uno de los transistores se quedase en corto, la potencia del campo solar parece insuficiente para elevar la temperatura hasta más allá de los 80 ºC, puesto que a partir de 60ºC las pérdidas por la superficie externa del depósito aumentan de forma exponencial. Aún así, quizás fuese conveniente, instalar una valvula de descarga tarada a unos 80 ºC. Puede ser que si tenemos un transistor en corto y no demandamos agua unos cuantos días seguidos en verano, lleguemos a una temperatura de agua demasiado elevada.
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#31 Re: Resistencia solar MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 20 Feb 2019, 10:20

En cuanto a la programación, podríamos utilizar un "perturbar y observar" para determinar el punto de máxima potencia. Voluntarios?
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#32 Re: Resistencia solar MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 20 Feb 2019, 10:43

Por supuesto, esta solución no es única, si alguno es capaz de aportar otro esquema con frecuencias de conmutación mucho más altas y condensadores de otro tipo y más baratos, bienvenido sea. @jeopardize @Vitriolo
.
Última edición por Gabriel_2018 el 03 Mar 2019, 23:52, editado 1 vez en total.
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#33 Re: Resistencia solar MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Muhurtam » 23 Feb 2019, 00:22

Que es eso de "perturbar y observar"?
Cuando lo sepa, igual me apunto
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#34 Re: Resistencia solar MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 23 Feb 2019, 09:49

Muhurtam escribió:
23 Feb 2019, 00:22
Que es eso de "perturbar y observar"?
Cuando lo sepa, igual me apunto
Ahora que haces la pregunta, me doy cuenta de que la base conceptual del brico no ha sido desarrollada hasta este momento, así que iremos con ello. Hemos dado por hecho que el conjunto es MPPT, pero quizás no sepamos muy bien si lo es, o podríamos preguntarnos por qué un regulador MPPT lleva inductores y aquí no los vemos.
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#35 Re: Resistencia solar MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 23 Feb 2019, 10:42

Si nos fijamos en el circuito, en la parte de la izquierda, según miramos, tenemos las placas que van directas a un condensador, mientras que en la parte de la derecha, tenemos el condensador, la resistencia y el transistor.

En primer lugar, vamos a suponer que el condensador se comporta como una fuente de tensión, por lo que tenemos una fuente de tensión, una resistencia y un transistor.

Si la fuente de tensión tiene una tensión V y el transistor está cerrado, la potencia que disipa la resistencia es VxV/R, donde R es la resistencia nominal de la resistencia, que en nuestro caso, 1500 W 48 V, resulta ser 1.536 Ohm. Ahora, cada segundo, vamos a cerrar el circuito con el transistor una fracción de segundo, que vamos a llamar Ton. Como hemos tomado un segundo como base, la energía será VxV/R x Ton, y la potencia media durante el segundo Vxv/R x Ton/T, donde T es el periodo de un segundo considerado. Precisamente, ese valor Ton/T es el ciclo de trabajo del transistor. Si vamos variando la tensión y el ciclo de trabajo, obtenemos una matriz como la que sigue:
Resistencia ct.jpg
He marcado algunos puntos de esa matriz, por ejemplo el de potencia 2109.38 W. Si tenemos la fuente de tensión a 60 V y el ciclo de trabajo es de 0.9, es decir, un 90% del tiempo con el transistor cerrando el circuito, la potencia media obtenida será de 2109.38 W.

Vemos, por tanto, que por el lado de la resistencia, el circuito trabaja en modo discontinuo, pero ¿cómo trabajan las placas con el condensador?

Se ha elegido el condensador, de forma que en el ciclo de trabajo, 8 kHz y 125 us, la tensión pueda considerarse constante, dado que el rizado que aparece, modifica muy poco la intensidad que entregan las placas. Entonces, cada matriz de puntos anterior, tendrá algún equivalente VI en la curva del panel, porque cómo es lógico, o casi lógico, la energía que "entra" al condensador debe ser igual a la que "sale".

Si ampliamos la matriz anterior de potencias de la resistencia con posibles puntos de trabajo de las placas, llegamos a ésto:
Resistencia ct2.jpg
Mantenemos la tabla anterior en la parte superior y añadimos una tabla inferior, en la que tenemos los posibles puntos de máxima potencia y la intensidad del campo solar.

Por ejemplo, si empezamos el estudio por las placas y tenemos un punto Pmp de 50 V y 22.79 A, si en ese momento el ciclo de trabajo del transistor es de 0.7 tendremos una situación de equilibrio, es decir, un punto de trabajo tanto para el campo solar como para la resistencia.
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#36 Re: Resistencia solar MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 23 Feb 2019, 11:28

Y ahora llegamos a "perturbar y observar".

Podríamos resolver la programación de forma apriorística, ya que podríamos hacer un barrido y determinar donde se cortan las curvas de potencia de la resistencia con las de los paneles, pero eso exigiría tener todo parametrizado o ir barriendo con el ciclo de trabajo todos los puntos posibles, pero el PWM, si es de 8 bits, tiene 256 saltos posibles, por lo que resultaría lento y complejo.

Resulta más fácil modificar el ciclo de trabajo y ver qué pasa. Imagina que estamos en un ciclo de trabajo de 115 sobre 256 posibles, ¿qué hacemos?

Nos guardamos en memoria la potencia obtenida en 115, modificamos a 116, si la potencia obtenida es mayor que en 115, en el siguiente paso, pasamos al salto 117, y si lo obtenido en 116 es menor que en 115, pasaremos al salto 114 en el siguiente paso.

Esa es la idea.
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#37 Re: Resistencia solar MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Muhurtam » 23 Feb 2019, 11:45

Lo tengo que asimilar, pero puedo inentarlo. Como mi vecino ha parado el proyecto a la espera de una respuesta administrativa, yo tengo un termo inox de 85l. Con una boca de 1-1/4 pulgada. Y 6 placas iguales a las suyas (330wp) Puedo comprar una resistencia de 48v. La potencia mas baja que encuentre y montar el circuito para pruebas. Tendré que variar las características de componentes, pero se podría ir avanzando
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#38 Re: Resistencia solar MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 28 Feb 2019, 11:18

Pues acabo de ver que ésta resistencia, en el fondo son dos resistencias en paralelo, cada una de 750 W, por lo que tiene un par de escalonamientos. Creo que la mejora que se obtiene con el MPPT no compensa en este caso.

Es decir, emplear un algoritmo simple, que diga si se obtiene más con una resistencia que con dos, o lo contrario, y actuar.

@Muhurtam Dile a tu vecino que el esquema es muy, muy simple.


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#39 Re: Resistencia solar MPPT para termos o depósitos

Mensaje por jeopardize » 28 Feb 2019, 12:02

Gabriel_2018 escribió:
28 Feb 2019, 11:18
Pues acabo de ver que ésta resistencia, en el fondo son dos resistencias en paralelo, cada una de 750 W, por lo que tiene un par de escalonamientos. Creo que la mejora que se obtiene con el MPPT no compensa en este caso.
Con la venia, poniéndolas en serie con un relé, tienes 3 escalonamientos:
375W, 750W y 1500W
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#40 Re: Resistencia solar MPPT para termos o depósitos

Mensaje por Gabriel_2018 » 28 Feb 2019, 12:15

Buena idea!
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