Aviones MPPT

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IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 11, NO. 1, FEB. 2013

Design and Implementation of a MPPT Circuit
for a Solar UAV
C. S. Murdoch, Senior Member, IEEE, and S. N. Reynoso Senior Member, IEEE 1
2
Abstract— This paper presents a maximum power point
tracking (MPPT) circuit for an Unmanned Air Vehicle. The
design of the MPPT is proposed utilizing a boost-converter
topology. The power of thephotovoltaic cells is monitored by a
closed-loop microcontroller based control system, and the PWM
signal of the boost converter continuously adjusted to extract
maximum power. The MPPT is used to charge the Lithium-ion
Polymer battery and feed the electrical load of the unmanned
aircraft.

II. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA
El MPPT fue diseñado para ser utilizado en el UAV Solar
construido por elDepartamento de Mecánica Aeronáutica del
IUA, el cual se muestra en la Fig. 2. El diseño del UAV Solar
propone utilizar un panel solar pivotante sobre el boom de
cola, de modo de permitir apuntar de forma directa hacia el sol
y de este modo obtener la máxima eficiencia de las celdas
solares.

Keywords— MPPT, Photovoltaic Cells, UAV

L

I. INTRODUCIÓN

OS AVIONES no tripulados denominados UAV secaracterizan por su limitación de autonomía en vuelo.
Una alternativa para prolongar la autonomía de los UAVs es
la utilización de la energía solar.
Esta energía es captada por paneles solares, los cuales
poseen una no linealidad en las curvas características de I-V
como se observa en la Fig. 1. Dada esta condición, existe un
punto sobre la curva característica del panel, en el cual se
puedeobtener la máxima potencia. Por esto, es necesario
contar con un circuito electrónico capaz de detectar y seguir el
punto de máxima potencia generado por los paneles solares. A
este tipo de circuito se lo denomina MPPT por sus siglas en
ingles “Maximun Power Point Tracker”.
Dados los motivos anteriormente mencionados, surge la
necesidad de desarrollar un circuito MPPT, para que,
mediante la energíasolar captada desde los paneles solares, se
alimente la carga de los sistemas eléctricos y la batería del
UAV Solar desarrollado en el Departamento de Mecánica
Aeronáutica del Instituto Universitario Aeronáutico (IUA).

Figura 2. Diseño Preliminar del UAV Solar.

El panel solar es la fuente de energía que alimenta los
sistemas eléctricos y electrónicos del UAV Solar. El panel
consta de 21 celdassolares monocristalinas de 0.6V a circuito
abierto y 8A en corto circuito (Fig. 3). Las celdas están
conectadas en serie, de modo de obtener 12.6V. El panel fue
diseñado de modo de proveer potencia para suministrar la
alimentación del sistema eléctrico y además proveer potencia
suficiente para cargar una batería LiPo de tres celdas.

Figura 1. Curvas Características de Panel Solar.

Figura 3. PanelSolar del UAV Solar.

2

S. Murdoch, Instituto Universitario Aeronáutico, Córdoba, Argentina,
sebatianmurdoch_12@hotmail.com
S. N. Reynoso, Instituto Universitario Aeronáutico, Córdoba, Argentina,
sreynoso@iua.edu.ar

La energía producida por el panel solar es controlada por el
MPPT, el cual a su vez provee la energía a la batería y al
Controlador de Velocidad Electrónico (ESC – Electrónica
SpeedController). El circuito ESC controla la alimentación

MURDOCH AND REYNOSO : DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A MPPT

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del motor trifásico y a su vez tiene una salida de 5V para
alimentar los circuitos del autopiloto (Fig. 4).

v = V1 +

Figura 4. Sistema de Alimentación de Avión Solar.

vout
III. DISEÑO ANALÓGICO DEL CIRCUITO
Para el diseño del circuito del MPPT se seleccionó la
topología de uncircuito tipo elevador “Boost”, dado que la
tensión de panel siempre estará por debajo de la tensión de
batería. En la Fig. 5 se muestra la topología de la parte
analógica del circuito. El comportamiento del sistema se
describe a partir del estado de conducción del mosfet.

V2 − V1
t
kT

(1)

V2 + V1
2
=
1− k

I 2 − I1 = Vout

(2)

1 − k kT
1+ k L

(3)

Como la tensión de salida del circuito esta...