Punto de máxima potencia, ¿por qué necesita volver a cambiar el voltaje? ¿No es simplemente \ $ P = i ^ 2 \ cdot R \ $?

Aquí hay una curva realista para un "panel" solar realista que puede obtener de una variedad de proveedores aficionados. Este particular tiene 9 celdas solares (una red de 3x3) cableadas en serie.

Ahora,lacurvaazulrepresentalacorrientefrentealvoltajeparaeldispositivo.¿Peroquésignificarealmente?Bueno,suponiendoquelaluzsolartotal(loqueseaquesignifiqueparaestacurva)loestágolpeando,entonces:

1. Sicortocircuitalasalidausandounamperímetroparahacerlo,entonceshabráalrededorde\$80\:\text{mA}\$actualcomosemideconunamperímetroatravésdelosterminalesdecélulassolares.Tengaencuentaque,pordefinición,lasalidaestácortocircuitada,porloqueelvoltajeenlasalidaseráaproximadamente\$0\:\texto{V}\$.Siobservaslacurvaazul,esteeselextremomásalaizquierda.Laenergíasuministradaporlacélulasolaralamperímetroestarácercade\$0\:\text{W}\$porque,aunquefluyecorriente,nohayvoltajeenelamperímetro.Porlotanto,lapotenciaentregadaalamperímetroescercanaacero.
2. Silodejaabiertoymideelvoltajeconunvoltímetrodealtaimpedancia,mediráaproximadamente\$4.2\:\text{V}\$.Tengaencuentaque,pordefinición,lasalidaestáesencialmenteabierta,porloquelacorrienteenlasalidaserádealrededorde\$0\:\text{mA}\$.Siobservaslacurvaazul,esteeselextremomásaladerecha.Laenergíasuministradaporlacélulasolaralvoltímetroestarácercade\$0\:\text{W}\$porque,aunquehayvoltajepresente,nohaycorrienteextraídaatravésdelvoltímetro.Porlotanto,lapotenciaentregadaalvoltímetroestácercadecero.

Ahora,losamperímetrosyvoltímetrossondispositivosidealesparaeltrabajoquerealizan.Peronoestándiseñadosodestinadosadisiparlaenergíadeloscircuitos.Sesuponequedebenhacersutrabajoconlamenorperturbaciónposible.Asíquehacenuntrabajomuybien.Peronoeseltrabajoquequieres,aquí.

Ahora,observelacurvaendondelacurvaazulcruzaatravésde\$2.7\:\text{V}\$.Enesepunto,lacurvatambiénmuestraaproximadamente\$60\:\text{mA}\$.Claramente,lacargaaquídebeser\${{2.7\:\text{V}}\sobre{60\:\text{mA}}}=45\:\Omega\$.Asíqueesadebehabersidolaresistenciausadaallíparamediresepuntodedatosparalacurva.Peroestotambiénsignificaque\$\left(60\:\text{mA}\right)^2\cdot45\:\Omega=162\:\text{mW}\$!¡Esoesmásqueceropotenciaenlacarga!

Sipruebadiferentesresistencias(cargas)atravésdelaceldasolarquesemuestraarriba,obtendrádiferentesvaloresdevoltajeycorriente.Porejemplo,siprobóunaresistencia\$82\:\Omega\$,probablementeobtendría\$3.3\:\text{V}\$y\$40\:\text{mA}\$.Peroestosolosería\$132\:\text{mW}\$.

Trazandosusdedossobrecadapuntoalolargodelacurvaazulydividiendoelvoltajeenunpuntoporlacorrientetambiénenesepunto,puedeaveriguarquéresistenciaseusóallí.Ypuedesejercitarelpoder.Osimplementepuedemultiplicarelvoltajeporlacorrienteparacadapuntoenlacurvaazul.Sihaceseso,obtendráslacurvaroja.Estaeslapotenciaqueseentregaríaalaresistenciaadecuadaquepermitealacélulasolardesarrollarunciertovoltajeycorrienteconesevalorderesistencia.

Sinembargo,lacurvanoeslamismaparadoscélulassolares.Tampocoeslomismocondiferentestemperaturas.Tampocoeslomismocondiferenteluzquelagolpea.Lacurvaazulvaríaconmuchassituacionesdiferentes.UncircuitoMPPintentatrazarlacurvaparausted,entodosycadaunodeestoscasosespeciales(célulasolar,temperatura,iluminación,etc.)ybuscaymantienecercadelpuntodemáximapotencia,lapartemásaltadelrojo.curva.Desafortunadamente,nohayvoltajeespecíficoniningunacorrienteespecíficaquesiemprefuncione.Asíqueelcircuitotieneque"cazar" constantemente para mantenerse cerca de él.

Un PV es una fuente de corriente (controlada por energía solar) con un límite de Voc y una batería es un sumidero de voltaje. Como sabemos por el Teorema de transferencia de potencia máxima, la transferencia de potencia máxima es cuando la impedancia de la fuente coincide con la carga. Este es el trabajo del controlador MPPT. para regular la corriente de salida y la tensión de la fuente de manera que la impedancia V / I coincida con la impedancia de carga Z = ΔV / ΔI. Sin embargo, hay muchos métodos para los controladores MPPT, incluida la caza, pero el resultado es siempre una impedancia de coincidencia.

Poner un panel a pleno sol. Conecta diferentes resistencias. Comience con 1 Ohm. Luego 2 ohmios, luego 3 ohmios, etc. Para cada resistencia, puede calcular la potencia. Será V ^ 2 / R. Lo que encontrarás es que al principio, hacer que la resistencia sea más grande te da más poder. Pero en algún momento, cuando la resistencia sea demasiado grande, la potencia comenzará a disminuir nuevamente. Porque has pasado el punto de máxima potencia. El voltaje será más alto, pero no lo suficientemente alto para compensar la R más grande en el denominador. Lo que hace el controlador MPPT es descubrir y presentarse al panel como la resistencia óptima. Una batería no puede hacer eso, por ejemplo. Si el voltaje de la batería coincide con el MPP, eso es buena suerte.

El punto de potencia máximo exacto varía un poco con la temperatura y el brillo del sol, por lo que el controlador MPPT comprueba constantemente para asegurarse de que todavía está en el punto correcto para obtener la máxima potencia.

El problema con su razonamiento es que su modelo es incorrecto.

Una célula solar es una fuente de corriente, sí, pero también es un diodo, que en realidad está en paralelo con esa fuente de corriente, que comienza a funcionar cuando la tensión a través de ella alcanza aproximadamente 0.45 o 0.5 V, y funciona lo suficientemente bien como para consumir toda la corriente a aproximadamente 0,55 V.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Por lo tanto, 0.55V es el voltaje de "circuito abierto" de la celda.

Como 0.55V no es muy útil, la mayoría de los paneles solares tienen varias de estas celdas en serie; 36 celdas se usan comúnmente para cargar una batería de 12V, y eso tendría un voltaje de circuito abierto de casi 20V.

Ahora tiene razón en que P = i ^ 2 * R1, pero una vez que el voltaje en R alcanza estos niveles, el diodo comienza a robar corriente, reduciendo I en esta ecuación. Preguntó por qué debería reducirse la corriente ... por eso.

MPPT es simplemente el arte de cambiar R para que obtengas la mayor tensión posible en R antes de que las pérdidas en el diodo interno desperdicien más energía de la que estás ganando. Es un proceso dinámico porque el mejor valor depende de la corriente disponible, que depende de la iluminación (variable).