Análisis de desempeño algoritmos MPPT en sistemas fotovoltaicos
El presente trabajo tiene como propósito principal analizar y comparar el desempeño de diferentes algoritmos avanzados de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) mediante la simulación computacional de un sistema de generación fotovoltaica conectado a la red eléctrica. La optimización del ap...
- Autores:
-
Jiménez Piedrahita, Laura Mabel
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Autónoma de Occidente
- Repositorio:
- RED: Repositorio Educativo Digital UAO
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:red.uao.edu.co:10614/15125
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/10614/15125
https://red.uao.edu.co/
- Palabra clave:
- Ingeniería Eléctrica
Generadores de energía fotovoltaica
Photovoltaic power generation
Sistemas fotovoltaicos
MPPT
Simulación computacional
Algoritmos de control
Conductancia incremental
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- openAccess
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- Derechos reservados - Universidad Autónoma de Occidente, 2023
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El presente trabajo tiene como propósito principal analizar y comparar el desempeño de diferentes algoritmos avanzados de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) mediante la simulación computacional de un sistema de generación fotovoltaica conectado a la red eléctrica. La optimización del aprovechamiento de la energía solar es un área de investigación de importancia creciente dada la necesidad de mejorar la eficiencia y sostenibilidad de esta fuente renovable. Específicamente, se implementaron y contrastaron los algoritmos de conductancia incremental, voltaje de circuito abierto fraccionario y corriente de cortocircuito fraccionaria. Estos fueron seleccionados por presentar ventajas teóricas sobre el método clásico de Perturbar y Observar según estudios previos reportados en literatura científica reciente. El modelo computacional se desarrolló en la plataforma Matlab/Simulink, tomando como base un sistema fotovoltaico modelado anteriormente y realizando mejoras y adaptaciones en subsistemas críticos como la etapa de generación, el control del punto de máxima potencia y la conversión de potencia mediante un convertidor DC-DC elevador. Los principales resultados de las simulaciones indican que, si bien los algoritmos evaluados presentan un comportamiento y eficiencia similares en términos de la potencia máxima extraída, se observan ligeras mejoras del método de conductancia incremental en comparación con el tradicional Perturbar y Observar. El tiempo de respuesta fue rápido en todos los casos, logrando convergencia hacia el punto óptimo en menos de 0.05 segundos. En conclusión, la plataforma de simulación computacional implementada permite analizar en detalle el desempeño dinámico de diversas estrategias de control MPPT bajo condiciones variables de irradiancia y temperatura. Los algoritmos derivados y similares a P&O evaluados en este estudio no mostraron ventajas relevantes, por lo que se recomienda explorar técnicas más avanzadas de inteligencia artificial en futuros trabajos. |
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[1] P. G. Sampaio Vasconcelos y M. O. GonzálezAguirre, «Photovoltaic solar energy: Conceptual framework», Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 74, pp. 590-601, 2017, doi: 10.1016/j.rser.2017.02.081. [2] K. Alam Khan, S. Paul, M. Kamrul Alam Khan, A. Zobayer, y S. Sifat Hossain, «A Study on Solar Photovoltaic Conversion», Article in International Journal of Scientific and Engineering Research, vol. 4, 2013, [En línea]. Disponible en: http://www.ijser.org [3] EnergiFV, «¿Cómo funciona la energía solar fotovoltaica?» Accedido: 14 de agosto de 2023. [En línea]. Disponible en: https://www.energiafv.com/comofunciona-la-energia-solar-fotovoltaica/ [4] R. Teodorescu, M. Liserre, y P. (Electrical engineer) Rodríguez, Grid converters for photovoltaic and wind power systems. 2011. [5] H. A. Cornejo Lalupú, «Sistema Solar Fotovoltaico de Conexión a Red en el Centro Materno Infantil de la Universidad de Piura», 2013. [6] M. A. Mazuera Cárdenas, «Photovoltaic solar panel energy generation system emulator for microgrids with mppt controller», Universidad Autónoma De Occidente, Santiago De Cali , 2016. [7] S. A. Lopa, S. Hossain, M. K. Hasan, y T. K. Chakraborty, «Design and Simulation of DC-DC Converters», International Research Journal of Engineering and Technology, 2016, [En línea]. Disponible en: www.irjet.net [8] S. Sivakumar, M. J. Sathik, P. S. Manoj, y G. Sundararajan, «An assessment on performance of DC-DC converters for renewable energy applications», Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 58, pp. 1475-1485, may 2016, doi: 10.1016/j.rser.2015.12.057. [9] D. W. Hart, Power Electronics, Mc Graw Hill. 2010. [10] N.-F. Nik Ismail, I. Musirin, R. Baharom, y D. Johari, «Fuzzy Logic Controller on DC/DC Boost Converter», 2010. [11] J. Ahmed y Z. Salam, «An improved perturb and observe (P&O) maximum power point tracking (MPPT) algorithm for higher efficiency», Appl Energy, vol. 150, pp. 97-108, jul. 2015, doi: 10.1016/j.apenergy.2015.04.006. [12] M. Sarvi y A. Azadian, «A comprehensive review and classified comparison of MPPT algorithms in PV systems», Energy Systems, vol. 13, n.o 2, pp. 281-320, may 2022, doi: 10.1007/s12667-021-00427-x. [13] M. A. G. De Brito, L. Galotto, L. P. Sampaio, G. De Azevedo Melo, y C. A. Canesin, «Evaluation of the main MPPT techniques for photovoltaic applications», IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, n.o 3, pp. 1156-1167, 2013, doi: 10.1109/TIE.2012.2198036. [14] L. Shang, H. Guo, y W. Zhu, «An improved MPPT control strategy based on incremental conductance algorithm», Protection and Control of Modern Power Systems, vol. 5, n.o 1, dic. 2020, doi: 10.1186/s41601-020-00161-z. [15] V. Reddy Kota y M. Nayak Bhukya, «A Simple and Efficient MPPT Scheme for PV Module Using 2-Dimensional Lookup Table», 2016. [16] H. A. Sher, A. F. Murtaza, A. Noman, K. E. Addoweesh, K. Al-Haddad, y M. Chiaberge, «A New Sensorless Hybrid MPPT Algorithm Based on Fractional ShortCircuit Current Measurement and P&O MPPT», IEEE Trans Sustain Energy, vol. 6, n.o 4, pp. 1426-1434, oct. 2015, doi: 10.1109/TSTE.2015.2438781. [17] D. Baimel, S. Tapuchi, Y. Levron, y J. Belikov, «Improved fractional open circuit voltage MPPT methods for PV systems», Electronics (Switzerland), vol. 8, n.o 3, mar. 2019, doi: 10.3390/electronics8030321. [18] N. Atharah Kamarzaman y C. Wei Tan, «A comprehensive review of maximum power point tracking algorithms for photovoltaic systems», Science Direct, 2014. [19] K. Ogata, Ingeniería de control moderna, Tercera. 1998. [20] B. T. Kulakowski, J. F. (John F. Gardner, y J. Lowen. Shearer, Dynamic modeling and control of engineering systems. Cambridge University Press, 2007. [21]«Solar PV System with MPPT Using Boost Converter». Accedido: 1 de octubre de 2023. [En línea]. Disponible en: https://la.mathworks.com/help/sps/ug/solar-pv-systemmaximum-power-point-tracking-using-boost-converter.html |
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En conclusión, la plataforma de simulación computacional implementada permite analizar en detalle el desempeño dinámico de diversas estrategias de control MPPT bajo condiciones variables de irradiancia y temperatura. Los algoritmos derivados y similares a P&O evaluados en este estudio no mostraron ventajas relevantes, por lo que se recomienda explorar técnicas más avanzadas de inteligencia artificial en futuros trabajos.Proyecto de grado (Ingeniero Electricista)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2023PregradoIngeniero(a) Electricista69 páginasapplication/pdfspaUniversidad Autónoma de OccidenteIngeniería EléctricaFacultad de IngenieríaCaliDerechos reservados - Universidad Autónoma de Occidente, 2023https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Ingeniería EléctricaGeneradores de energía fotovoltaicaPhotovoltaic power generationSistemas fotovoltaicosMPPTSimulación computacionalAlgoritmos de controlConductancia incrementalAnálisis de desempeño algoritmos MPPT en sistemas fotovoltaicosTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttps://purl.org/redcol/resource_type/TPhttp://purl.org/coar/version/c_71e4c1898caa6e32Jiménez Piedrahita,, L. 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Cornejo Lalupú, «Sistema Solar Fotovoltaico de Conexión a Red en el Centro Materno Infantil de la Universidad de Piura», 2013.[6] M. A. Mazuera Cárdenas, «Photovoltaic solar panel energy generation system emulator for microgrids with mppt controller», Universidad Autónoma De Occidente, Santiago De Cali , 2016.[7] S. A. Lopa, S. Hossain, M. K. Hasan, y T. K. Chakraborty, «Design and Simulation of DC-DC Converters», International Research Journal of Engineering and Technology, 2016, [En línea]. Disponible en: www.irjet.net[8] S. Sivakumar, M. J. Sathik, P. S. Manoj, y G. Sundararajan, «An assessment on performance of DC-DC converters for renewable energy applications», Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 58, pp. 1475-1485, may 2016, doi: 10.1016/j.rser.2015.12.057.[9] D. W. Hart, Power Electronics, Mc Graw Hill. 2010.[10] N.-F. Nik Ismail, I. Musirin, R. Baharom, y D. Johari, «Fuzzy Logic Controller on DC/DC Boost Converter», 2010.[11] J. Ahmed y Z. 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