Circuito seguidor de máxima potencia para panel solar

Congreso ArgenCon 2012

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Diseño e Implementación de Circuito Seguidor
de Máxima Potencia MPPT para un UAV Solar

Abstract—This paper presents maximum power point tracking
(MPPT) for an Unmanned Air Vehicle. The design of the MPPT
is proposed utilizing a boost-converter topology. The power of the
photovoltaic 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.
Resumen—Esta publicación presenta un Seguidor de Punto de
Máxima Potencia (MPPT) para un Vehículo Aéreo No Tripulado.
La energía de las celdas fotovoltaicas es monitoreada por un
sistema decontrol de lazo cerrado implementado en un
microcontrolador, y la señal de PWM del convertidor tipo
elevador (Boost) es ajustada continuamente para lograr extraer la
máxima potencia. El MPPT es utilizado para cargar una batería
Litio-ion Polímero y alimentar la carga eléctrica del avión no
tripulado.
Palabras Claves—MPPT, Celdas Fotovoltaicas, UAV.

I. INTRODUCIÓN

L

os aviones notripulados denominados UAV se
caracterizan 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 no linealidad en las curvas características de I-V como
se observa en la Fig. 2. Dada esta condición, existe un punto
sobre la curva característica delpanel, en el cual se puede
obtener 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 uncircuito MPPT, para que, mediante
la energía solar 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).

Fig. 1. Curvas Características de Panel Solar.

II. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA
El MPPT fue diseñado para ser utilizado en elUAV Solar el
cual se muestra en la Fig. 1. 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.

Fig. 2. Diseño Preliminar del UAV Solar.

El panel solar es la fuente de energía que alimenta los
sistemas eléctricos y electrónicosdel UAV Solar. El panel
consta de 21 celdas solares 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 la potencia necesaria para

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suministrar la alimentación del sistema eléctrico y además
proveer potencia suficiente para cargaruna batería LiPo de
tres celdas.

Fig. 3. Panel Solar del UAV Solar.

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
Speed Controller). El circuito ESC controla la alimentación
del motor trifásico y a su vez tiene una salida de 5V para
alimentar los circuitosdel autopiloto (Fig. 4).

Fig. 6 Parámetros de entrada del circuito MPPT.

En el diseño clásico del circuito convertidor tipo Boost [1]
la entrada del circuito se supone de tensión constante. Para
tener en cuenta la variación de la tensión del panel y a la vez
se supuso una variación lineal en la tensión del panel. Así la
tensión del panel queda determinada por la ecuación (1).
Operando...