Investigadores del Instituto Tecnológico de Vellore (India) han concebido un nuevo método híbrido de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT, por sus siglas en inglés) para mejorar el rendimiento energético de los sistemas fotovoltaicos que funcionan en condiciones de sombreado parcial.
La técnica propuesta utiliza un sistema de inferencia difusa basado en una red adaptativa (ANFIS), que es un tipo especial de red neuronal artificial que utiliza el sistema de inferencia difusa Takagi-Sugeno. El ANFIS está pensado principalmente para limitar las desventajas de los controladores de redes difusas y neuronales, y en los sistemas fotovoltaicos su objetivo es reducir los fallos.
“Las reglas del ANFIS aproximan la función fotovoltaica de una forma no lineal a una lineal”, explican los científicos. “Además, esta red se utiliza en sistemas de gestión de la energía para el buen funcionamiento de las baterías alimentadas con energía fotovoltaica”.
El nuevo método también se basa en el uso de controladores basados en el algoritmo de optimización del lobo gris (GWO), que imita el comportamiento social de los lobos grises en la caza.
“En este algoritmo hay cuatro parámetros principales: alfa, beta, delta y omega”, explica el equipo de investigación. “La variable alfa (α) se ilustra como una solución óptima entre las distintas soluciones posibles o lobo líder. Del mismo modo, las constantes beta (β) y delta (δ) se seleccionan como la segunda y tercera mejores soluciones óptimas del espacio de búsqueda. La solución lobo normal viene dada por omega (ω)”.
La configuración propuesta, según sus creadores, permite optimizar el ratio de convergencia de exploración de los lobos, al tiempo que equilibra su población y su espacio de búsqueda. Además, garantiza el suministro de tensión fotovoltaica al convertidor CC-CC de potencia para mejorar la tensión de la fuente fotovoltaica con el fin de satisfacer las futuras tensiones de la microrred.
Los científicos probaron el rendimiento de la técnica MPPT y el circuito del convertidor alimentado por el sistema solar asociado en una serie de simulaciones realizadas en un modelo de matriz fotovoltaica de 3 diodos mediante el software Matlab-Simulink. Un condensador del lado de la fuente filtró las ondulaciones de la potencia FV y protegió los interruptores ante variaciones rápidas de las tensiones de alimentación. Un inductor de alimentación cargaba la tensión de alimentación fotovoltaica en las condiciones de polarización directa del MOSFET y suavizaba la tensión de alimentación.
“El MOSFET se utiliza porque sus propiedades son la menor tensión puerta-fuente necesaria para la conducción, el alto rendimiento a tensiones nominales bajas, la alta resistencia de la fuente para limitar la corriente de puerta, la rapidez de respuesta y la menor posibilidad de daños”, explican los investigadores.
En la simulación se tuvieron en cuenta parámetros como las oscilaciones a través del MPP, la extracción de potencia de salida, el tiempo de estabilización del MPP, la dependencia del modelado fotovoltaico, el valor de servicio operativo del convertidor, la precisión de la detección de errores del MPPT, la complejidad del algoritmo, la velocidad de seguimiento, el ajuste periódico necesario y el número de parámetros de detección utilizados.
El grupo de investigación afirma que la nueva técnica MPPT híbrida puede ofrecer “buenos resultados” en comparación con otros métodos MPPT, con un aumento de la tensión de la fuente fotovoltaica de un nivel a otro. “Los méritos del convertidor utilizado son su fácil comprensión, su alta fiabilidad y su bajo precio de implementación”, añadió.
Los resultados se presentaron en el artículo “A novel on design and implementation of hybrid MPPT controllers for solar PV systems under various partial shading conditions” (Una novela sobre el diseño y la implementación de controladores MPPT híbridos para sistemas solares fotovoltaicos en diversas condiciones de sombra parcial), publicado en scientific reports.
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