Equa ion Chap e 1 Sec ion 1
T abajo Fin de G ado
G ado en Ingenie ía Elec ónica, Robó ica y
Meca ónica
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de
dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Au o : Rubén Gómez Me chán
Tu o : Se gio Vázquez Pé ez
Dp o. de Ingenie ía Elec ónica
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2019
iii
T abajo de Fin de G ado
G ado en Ingenie ía Elec ónica, Robó ica y Meca ónica
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de
dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Au o :
Rubén Gómez Me chán
Tu o :
Se gio Vázquez Pé ez
P o eso i ula
Dp o. de Ingenie ía Elec ónica
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2019
P oyec o Fin de Ca e a: Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o-
edes DC
Au o :
Rubén Gómez Me chán
Tu o :
Se gio Vázquez Pé ez
El ibunal nomb ado pa a juzga el P oyec o a iba indicado, compues o po los siguien es miemb os:
P esiden e:
Vocales:
Sec e a io:
Acue dan o o ga le la cali icación de:
Se illa, 2019
El Sec e a io del T ibunal

ii
A mi amilia
A mis maes os
Ag adecimien os
T as inaliza es e abajo, doy in a una e apa de mi ida, una e apa eple a de ilusión y en la que he c ecido
an o a ni el académico como a ni el pe sonal. Ha sido un pe iodo en el que han con i ido mejo es y peo es
momen os, po lo que me gus a ía ag adece a odas esas pe sonas que me han apoyado y animado, haciendo
que siguie a adelan e en los momen os en los que sen ía no ene ue zas y odo pa ecía i mal.
A mis pad es, po odos los alo es que me han dado y el es ue zo que han dedicado en mí, nunca pod é
ecompensá oslo. Po demos a me que, con es ue zo, odo es posible y que los lími es se los pone uno mismo.
A mis he manos, po ese sen imien o de admi ación que a día de hoy sigo pensando que no me ezco. Po
escucha me cada ez que hablaba sob e cosas que no en endían y apenas les in e esaba.
A mis amigos, an o con los que he con i ido p ác icamen e a dia io, como odos esos que, a pesa de pasa
la gas empo adas sin e nos, siemp e se han aco dado de mí Especialmen e a José Ca los po habe es ado
du an e esas épocas en las que salía de casa po la mañana y ol ía po la noche, ayudando en odo lo que pudie a
y a Ma celo, g an pe sona y compañe o con el que he enido el place de compa i clase, aspi aciones y al que
espe o segui iendo cumpli sus me as.
A odos los p o eso es que han apo ado su g ani o de a ena en mi o mación, implicándose de mane a
desin e esada y despe ando en mí mul i ud de inquie udes y mo i aciones. En especial a mi u o , Se gio
Vázquez, po el es ue zo que conlle a di igi un T abajo de Fin de G ado y el cual me b indó la opo unidad de
accede a una beca de colabo ación, con la que comencé a abaja en es e p oyec o, den o del que he adqui ido
mul i ud de conocimien o y ap i udes, además de una expe iencia que, sin duda, ha sido an ás ica. Po úl imo,
pe o no po ello menos impo an e, ag adece a Ab aham Má quez po odo lo que he podido ap ende de él es e
año y que, aun sin habe sido p o eso mío, conside o que me ha o mado igual que uno de ellos. G acias po
deno a esa implicación y habe me apo ado an as soluciones. Sin i es e p oyec o no hubie a salido adelan e.
3.3.2 Ven ana de pa áme os 27
3.3.3 Ven ana de sin onización 28
3.4 Modelo en Simulink. 28
4 Diseño y mon aje del equipo 31
4.1 Elemen os del equipo 31
4.1.1 Con e ido es u ilizados 31
4.1.2 Elemen os de medida 32
4.1.3 Elemen os de p o ección 33
4.1.4 In e az RS232-TCP/IP 36
4.1.5 P eca ga 36
4.1.6 Fuen e de alimen ación 37
4.2 Equipo comple o 37
4.2.1 Con olado a u iliza 39
4.2.2 Lazo in e no 39
4.2.3 Canal único 40
4.3 Resul ado expe imen al 42
5 Pues a en ma cha de la ba e ía 47
5.1 Ba e ía u ilizada 47
5.2 P o ocolo Modbus 47
5.3 Comunicación dSPACE-ba e ía 48
5.4 Resul ado expe imen al 49
6 Pues a en ma cha del emulado de PV 53
6.1 Emulado u ilizado. 53
6.2 Cu a I-V implemen ada 54
6.3 Simulación del equipo 55
6.3.1 Simulación en bucle ce ado 55
6.3.2 MPPT 57
6.4 Resul ado expe imen al 59
6.4.1 Comp obación cu a I-V 59
6.4.2 Algo i mos MPPT 60
7 Equipo comple o 63
7.1 Simulación del e ce canal 63
7.2 Simulación del equipo comple o 64
7.3 Resul ado expe imen al 65
8 Conclusiones y abajo u u o 69
Anexo B: PCBs diseñadas 71
In e aces TTL-Fib a conec ada a la DS1104. 71
In e az TTL-Fib a conec ada al con e ido : 72
In e az TTL-TCP/IP 73
Re e encias 75

LISTA DE ABREVIATURAS
AC
BNS
Co ien e al e na
Bina y Sea ch (Algo i mo MPPT)
D.
Du y Cycle
DC.
Co ien e con inua
DSP
P ocesado digi al de señales
e
Ca ga del elec ón
g
E
Ancho de banda p ohibida
h
inC
MPP
Cons an e de plank
Conduc ancia inc emen al (Algo i mo MPPT)
Pun o de máxima po encia
MPPT
Seguimien o del pun o de máxima po encia
PCB
Placa de ci cui o imp eso
PI
Con olado p opo cional e in eg al
PV
P&O
Panel o o ol aico
Pe u ba y obse a (Algo i mo MPPT)
PWM
Modulación po ancho de pulso
RCP
Con ol de p o o ipado ápido
RTI
In e az en iempo eal
TCP/IP
P o ocolo de con ol de ansmisión/P o ocolo de in e ne
TTL
Lógica ansis o - ansis o
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 6-1. Pa áme os de las cu as I-V implemen adas en el E4360. 54
ÍNDICE DE FIGURAS
Figu a 1-1. Esquema del equipo a diseña . 2
Figu a 1-2. Esquema del en mo iz eléc ico del Toyo a P ius 2010 [4]. 3
Figu a 1-3. Esquema p opues o pa a el en mo iz eléc ico de un EV en [6]. 4
Figu a 1-4. Mic o- ed domés ica en la Uni e sidad de Se illa [7]. 5
Figu a 2-1. Es uc u a de bandas de un semiconduc o in ínseco [8]. 7
Figu a 2-2. (a) Zona de deplexión en una unión p-n (b) Diag ama de bandas de la unión p-n [8]. 8
Figu a 2-3. Cu a I-V de la unión p-n [8]. 8
Figu a 2-4. Diag ama de bandas de la unión p-n pola izada [8]. 8
Figu a 2-5. (a) Cu a I-V de una unión p-n iluminada. (b) Regiones de uncionamien o [9]. 9
Figu a 2-6. Cu a I-V de una celda sola [8]. 10
Figu a 2-7. Cu a P-V de una celda sola . 10
Figu a 2-8. Asociación de paneles o o ol aicos en se ie y pa alelo [8]. 11
Figu a 2-9. E ec os del somb eado pa cial en una ma iz de paneles o o ol aico [11]. 11
Figu a 2-10. Diag ama de lujo del algo i mo P&O. 13
Figu a 2-11. Diag ama de lujo del algo i mo de conduc ancia inc emen al. 14
Figu a 2-12. Diag ama de lujo del algo i mo Bina y Sea ch p opues o en [14]. 16
Figu a 2-13. Con e ido ele ado [15]. 17
Figu a 2-14. (a) Ci cui o equi alen e cuando el in e up o es á ce ado. (b) Ci cui o equi alen e cuando el
in e up o es á abie o [15]- 17
Figu a 2-15. Fo mas de onda del con e ido ele ado . 18
Figu a 2-16. Topología del con e ido educ o o Buck [15]. 18
Figu a 2-17. Con e ido bidi eccional. 19
Figu a 2-18. Ejemplo de DC-Link en e con e ido es en Ma lab Simulink. 20
Figu a 2-19. Ejemplo de p eca ga en un con e ido ele ado en Ma lab Simulink. 20
Figu a 3-1. Vis a gene al de la a qui ec u a de la DS1004 [16]. 24
Figu a 3-2. Vis a supe io del CP1104 [16]. 25
Figu a 3-3. Señales conec adas al conec o CP18 [16]. 26
Figu a 3-4. Señales conec adas al conec o CP21 [16]. 26
Figu a 3-5. In e az de usua io del equipo. Ven ana p incipal. 27
Figu a 3-6. In e az de usua io del equipo. Ven ana de pa áme os. 27
Figu a 3-7. In e az de usua io del equipo. Ven ana de sin onización. 28
Figu a 3-8. Modelo en Simulink implemen ado en la DS1104. 29
Figu a 3-9. Bloque de acondicionamien o de señal. 30
Figu a 3-10. Bloque de con ol de e o . 30

Figu a 3-11. Bloque de con ol. Den o del bloque Con ol 1 se gene a la ampa de la segunda p eca ga. Un
con ado in e no ac i a una señal pa a consul a el SoC de la ba e ía cada 1s. 30
Figu a 4-1. Con e ido u ilizado en el equipo. 31
Figu a 4-2. DC-Link del equipo (izquie da) y bobina de un con e ido (de echa). 32
Figu a 4-3. Senso es de co ien e (izquie da) y ensión (de echa) del equipo. 32
Figu a 4-4. E apa de acodicionamien o de las medidas. 33
Figu a 4-5. Ejemplo de ec as de calib ación. 33
Figu a 4-6. Esquema gene al de ansmisión/ ecepción con ib a óp ica u ilizando elemen os de la se ie HFBR-
0500Z. 34
Figu a 4-7. Lis a de señales de la DS1104 conec adas a la in e az TTL- ib a. 35
Figu a 4-8. In e az TTL- ib a conec ada a la DS1004. 35
Figu a 4-9. In e az TTL- ib a conec ada al con e ido . 35
Figu a 4-10. In e az RS232-TCP/IP. 36
Figu a 4-11. Sis ema de p eca ga del equipo. 36
Figu a 4-12. Vis a supe io del equipo. 38
Figu a 4-13. Vis a del equipo a la en ada. 38
Figu a 4-14. Vis a la e al del equipo. Simulación del equipo 38
Figu a 4-15. Esquema de con ol u ilizado. 39
Figu a 4-16. Esquema en Simulink pa a el lazo in e no. 39
Figu a 4-17.Simulación en bucle ce ado del lazo in e no. 40
Figu a 4-18. Esquema en Simulink de un canal del con e ido , incluyendo cambio de ca ga. 40
Figu a 4-19. Diag ama de lujo de la máquina de es ados del p ime canal. 41
Figu a 4-20. Simulación en bucle ce ado de un canal del equipo. 41
Figu a 4-21. De alle de la ensión del DC-Link. 41
Figu a 4-22. Ca ga del sis ema. 42
Figu a 4-23. Comp obación de p o ecciones en el equipo eal. 43
Figu a 4-24. Tes en bucle abie o del sis ema. 44
Figu a 4-25. Tes en bucle ce ado del equipo 44
Figu a 4-26. Tes en bucle ce ado del equipo. P eca ga. 45
Figu a 4-27. Tes en bucle ce ado del equipo. Cambio de e e encia. 45
Figu a 5-1. Fuen es u ilizadas en el equipo. De a iba a abajo: uen e de ensión, ba e ía y emulado de PV.
47
Figu a 5-2. T ama maes o (izquie da) y escla o (de echa) Modbus. 48
Figu a 5-3. Máquina de es ados de ecepción Modbus. 49
Figu a 5-4. Máquina de es ados de en ío Modbus. 49
Figu a 5-5. Tes en bucle ce ado con ba e ía. 50
Figu a 5-6. P eca ga en el sis ema u ilizando la ba e ía. 50
Figu a 5-7. Cambio de e e encia en la ensión del DC-Link con la ba e ía. 50
Figu a 5-8. Con ol más ag esi o u ilizando la ba e ía. 51
Figu a 6-1. Especi icaciones del Keysigh E4360 [20]. 54
iii
Figu a 6-2. Cu as I-V u ilizada en simulación. 55
Figu a 6-3. Apple de Ja a de la in e az we b del E4360 55
Figu a 6-4. Esquema en Simulink de dos canales del equipo. 56
Figu a 6-5. Diag ama de lujo de la máquina de es ados del segundo canal. 56
Figu a 6-6. Simulación en bucle ce ado de dos canales. Re e encia del PV manual. 57
Figu a 6-7. Ejemplo de uncionamien o de algo i mo MPPT (P&O). Cambio de ca ga en =0.65s. 58
Figu a 6-8. Compa ación de los algo i mos P&O, incC y BNS. 58
Figu a 6-9. F agmen o del ba ido de la ensión a la en ada del emulado de PV pa a ambas cu as in oducidas.
59
Figu a 6-10. Cu a ideal (T=25 ºC) en e a cu a expe imen al. 60
Figu a 6-11. Cu a ideal (T=55 ºC) en e a cu a expe imen al. 60
Figu a 6-12. Resul ado expe imen al de los es algo i mos MPPT. Cambio de cu a I-V en =35s 61
Figu a 6-13. De alle del esul ado expe imen al de los es algo i mos MPPT Cambio de cu a I-V en =3.5s.
61
Figu a 6-14. Compa ación del esul ado expe imen al de incC con a ios alo es de inc emen o de ensión.
62
Figu a 7-1. Modelo del equipo comple o en Simulink. 63
Figu a 7-2. Máquina de es ados del e ce canal. 64
Figu a 7-3. Resul ado en simulación del e ce canal. 64
Figu a 7-4. Simulación de la ope ación comple a del equipo. 65
Figu a 7-5. Comp obación del e ce canal en el sis ema eal. 66
Figu a 7-6. Expe imen o u ilizando es canales al mismo iempo. 66
1
1 INTRODUCCIÓN
n la ac ualidad, la mayo ía de sis emas p esen es, an o en la indus ia como en el ámbi o domés ico,
equie en en mayo o meno pa e de ene gía eléc ica. T adicionalmen e, la ene gía eléc ica se gene aba
en cen ales é micas o nuclea es, las cuales expulsan de e minados con aminan es y elemen os noci os
pa a el medio ambien e du an e el p oceso.
Con la llegada de las ene gías eno ables y el p og esi o aumen o del endimien o de es as, se ha log ado la
gene ación de ene gía eléc ica de una mane a limpia, e i ando la g an can idad de emisiones y esiduos que
a ojan las cen ales adicionales a lo la go del año. Si bien es e ipo de cen ales siguen p edominando hoy en
día, el desa ollo y la implan ación de es as uen es de ene gía eno ables es una labo que se debe p io iza .
Ya son muchos los países que apues an po el uso de las ene gías eno ables o, al menos, se han concienciado
de la necesidad de educi la emisión de gases de e ec o in e nade o. En 1997 se i mó el p o ocolo de Kio o,
un acue do in e nacional en el que a ios países se comp ome ían a educi la emisión de seis de es os gases,
en e ellos el dióxido de ca bono [1]. O as inicia i as con inúan eme giendo, como la es a egia a la go plazo
pa a 2050 en la que se p e ende educi en un 80-95% las emisiones en Eu opa [2].
Po o a pa e, la dis ibución de la ene gía eléc ica no es i ial. Desde el pun o de gene ación has a el pun o de
consumo, se suele dis ibui en o ma de co ien e al e na, debido a su acilidad de ans o mación, lo que
a o ece la educción de pé didas. Sin emba go, muchos de los elemen os, sob e odo en un en o no domés ico,
equie en de co ien e con inua pa a su uncionamien o, lo que hace necesa io la exis encia de una se ie de
ci cui os capaces de adecua la ene gía p o enien e de la ed. Además, un mismo sis ema puede ene a ias
uen es de ene gía, po lo que a eces es necesa io un equipo que se sea capaz de con ola y dis ibui de una
mane a e icaz la ene gía.
1.1 Mo i ación y obje i os
Exis en di e sas zonas geog á icas, como el su de España, donde la gene ación de ene gía eléc ica a a és de
paneles o o ol aicos pod ía supone una g an educción de los con aminan es gene ados en cen ales é micas
y nuclea es, debido a la ele ada i adiancia y al g an núme o de ho as de sol, disminuyendo así una de las
p incipales uen es de con ibución al cambio climá ico como puede se la gene ación de ene gía en cen ales
adicionales.
Con el paso de los años y un g an es ue zo de in es igación, se ha conseguido aumen a en g an medida el
endimien o de los paneles o o ol aicos, lo que conlle a una can idad supe io de ene gía gene ada po panel.
Sin emba go, la ene gía gene ada po un panel o o ol aico no es cons an e, sino que posee una ue e
dependencia con la ensión exis en e en e las bo nas de es e, siendo necesa io un sis ema capaz de egula es a
ensión con obje i o de gene a la mayo ene gía posible. A odo es o, se le suma que, debido al cons an e cambio
de las condiciones clima ológicas, la can idad de adiación que incide en el panel nunca a a se cons an e, lo
que hace a ia la cu a P-V del panel y. po lo an o, pa a saca el máximo p o echo, ambién es necesa io un
algo i mo capaz de segui el pun o de máxima po encia (MPP).
Además de egula la ensión a la en ada del panel o o ol aico, una a ea necesa ia es adecua la ensión de
salida en unción de la aplicación. Con la llegada de la elec ónica de po encia y especialmen e de las uen es
conmu adas, se log ó aumen a el endimien o de las uen es adicionales (basadas en elemen os pasi os) a
ci as ce canas a la unidad, pe mi iendo a ia en e ni eles de ensión de una mane a e icaz.
Du an e la ealización de es e p oyec o, se pond á en ma cha un equipo capaz de dis ibui po encia desde es
canales independien es. En el p ime o de ellos, enca gado de egula la ensión a la salida, se conec a á una
ba e ía eal, como uen e p incipal del sis ema. En o o de ellos, se si ua á un emulado de paneles o o ol aicos,
con el obje i o de ex ae de él la máxima po encia posible en cada momen o, po lo que se u iliza án di e sos
algo i mos MPPT (maximum powe poin acking) y se compa a á el esul ado expe imen al de cada uno de
ellos. El e ce canal se diseña á como uen e al e na i a de po encia y, aunque no en e den o del alcance de
es e p oyec o, pod ía conec a se un supe condensado con la in ención de que in e inie a en el a anque del
E
Ma co eó ico
8
de ca ga lib es.
(a) (b)
Figu a 2-2. (a) Zona de deplexión en una unión p-n (b) Diag ama de bandas de la unión p-n [8].
Dicha unión puede pola iza se de dos mane as: pola ización di ec a o pola ización in e sa. Si, po ejemplo, una
ba e ía se conec ase con su bo na posi i a en el con ac o del ma e ial ipo p y la nega i a en el del ma e ial ipo
n, es a íamos hablando de pola ización di ec a y en la si uación con a ia, de pola ización in e sa. En el caso de
la pola ización di ec a, al aplica un campo eléc ico posi i o, se epelen los huecos de la zona p y un campo
eléc ico nega i o epele los elec ones de la zona n, disminuyendo el ancho de la zona de deplexión y
disminuyendo el sal o ene gé ico en e las bandas de conducción de ambas egiones, acili ando el lujo de
co ien e. En el caso de la pola ización in e sa el e ec o es el con a io, al y como se ep esen a en la Figu a 2-4
De es a mane a, pa a que exis a conducción de co ien e en una unión p-n, es necesa io aplica un campo
eléc ico que supe e un de e minado umb al (denominado 𝑉𝑏), cuya cu a puede ap ecia se en la Figu a 2-3
Po o a pa e, al pola iza la unión, apa ecen dos cuasi-ni eles de Fe mi, dis in os pa a cada zona del disposi i o.
Figu a 2-3. Cu a I-V de la unión p-n [8].
Figu a 2-4. Diag ama de bandas de la unión p-n pola izada [8].

9
9
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
2.1.3 Fenómeno o o ol aico
Si la unión es á siendo iluminada uni o memen e po o ones con ene gía supe io al ancho de banda p ohibida,
se p oduce una gene ación de pa es elec ón-hueco. Los campos eléc icos in e nos ac úan sob e ellos gene ando
una co ien e p opo cional a la adiación inciden e que ci cula en di ección con a ia a la co ien e di ec a. En la
Figu a 2-5 (a) se puede obse a cómo la co ien e disminuye con o me la adiación aumen a.
En es e momen o, puede di idi se la cu a I-V en es egiones de uncionamien o como se ap ecia en la igu a
2-4 (b):
▪ P ime cuad an e. El disposi i o consume ene gía, unciona como diodo en conducción.
▪ Cua o cuad an e. El disposi i o gene a ene gía. Es a es la egión donde in e esa que abaje una celda
sola .
▪ Te ce cuad an e. El disposi i o consume ene gía, uncionando como un o odiodo. Es a egión es
in e esan e pa a medi la can idad de o ones inciden es, como puede se en senso es de imagen, ya que
se ob iene una co ien e in e sa p opo cional.
.
(a) (b)
Figu a 2-5. (a) Cu a I-V de una unión p-n iluminada. (b) Regiones de uncionamien o [9].
2.1.4 Ma e iales de ab icación
El ma e ial dominan e en la ab icación de celdas sola es es el silicio c is alino, a pesa de que exis en o os
ma e iales al e na i os como el elu u o de cadmio (CdTe), el CIGS o el a seniu o de galio que poseen una g an
e iciencia y/o meno es gas os de ab icación a cambio de abaja con ma e iales escasos o óxicos [9].
2.1.5 Pa áme os básicos de una celda sola
Debido a que la celda sola abaja en el cua o cuad an e, se aisla á la cu a I-V del apa ado 2.1.3 en es e
es udio. Sob e esa cu a pueden de ini se de e minados pa áme os in e esan es a la ho a de es udia la celda
sola .
▪ Tensión de ci cui o abie o (𝑽𝒐𝒄). Tensión que apa ece en bo nas de la celda sola cuando no es á
conec ada a ningún ci cui o eléc ico.
▪ Co ien e de co oci cui o (𝑰𝒔𝒄). Co ien e que ci cula po la celda sola cuando sus e minales es án
co oci cui ados.
▪ Tensión de máxima po encia (𝑽𝒎𝒂𝒙). Tensión del pun o de máxima po encia.
▪ Co ien e de máxima po encia (𝑰𝒎𝒂𝒙). Co ien e del pun o de máxima po encia.
Ma co eó ico
10
Figu a 2-6. Cu a I-V de una celda sola [8].
Figu a 2-7. Cu a P-V de una celda sola .
Al disminui la adiación ecibida po la celda sola , es a cu a puede a ia disminuyendo su co ien e de
co oci cui o y, en meno pa e, la ensión de ci cui o abie o, pe o, es a úl ima iene una g an dependencia con
la empe a u a (a mayo empe a u a, meno ensión de ci cui o abie o) [10].
Un ejemplo de cu a I-V y cu a P-V se puede obse a en la Figu a 2-6 y 2-7 espec i amen e.
2.1.6 Asociación se ie y pa alelo
Debido a que las ensiones de ci cui o abie o (equi alen es a la ensión umb al de la unión p-n) son
excesi amen e bajas (del o den de 0.4 V 0.7 V) y las co ien es de co oci cui o ambién (del o den de 5 mA),
si se desea gene a una can idad de po encia conside able, un panel o o ol aico se compone de una ma iz de
celdas sola es que se conec an en se ie pa a aumen a la ensión de ci cui o abie o y en pa alelo pa a aumen a
la co ien e de co oci cui o.
A su ez, los paneles o o ol aicos ambién suelen ag upa se en ma ices de paneles conec ados en se ie y
pa alelo pa a ob ene una de e minada po encia deseada. Aun así, han de ene se en cuen a una se ie de
conside aciones.
En p ime luga , es necesa io añadi en cada columna de paneles en se ie un diodo de bloqueo, pa a e i a que,
si alla una de ellas, abso ba la po encia gene ada po las demás. Po o a pa e, es necesa io añadi un diodo en
pa alelo a cada panel o o ol aico de mane a que, si un módulo alla, pueda ci cula co ien e hacia los demás.
Un esquema de asociación de paneles o o ol aicos apa ece en la Figu a 2-8. Asociación de paneles o o ol aicos
en se ie y pa alelo .Figu a 2-8.
11
11
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Figu a 2-8. Asociación de paneles o o ol aicos en se ie y pa alelo [8].
2.1.7 E ec os del somb eado pa cial
En una aplicación eal, es complicado que odos los módulos que componen una ma iz de paneles o o ol aicos
eciban el mismo ni el de i adiancia. En de e minadas ocasiones, como puede se el paso de una nube, ocu e
que cie os módulos o cie a po ción de algunos módulos se encuen a bajo somb a.
En el caso de que los módulos no cuen en con un diodo en pa alelo, puede ocu i que, aun sin encon a se bajo
un allo ísico del sis ema, si un solo panel deja de ecibi adiación sola , esa columna se inhabili a ía
comple amen e, disminuyendo la co ien e de co oci cui o y, po ende, la po encia máxima, simila a si la ma iz
u ie a una columna menos en pa alelo.
Si po el con a io se u ilizan diodos, solo se educi ía la co ien e de co oci cui o de la columna del panel
somb eado, p o ocando una asime ía en e el es o de las columnas de la ma iz. Es o puede aduci se como
una de o mación de la cu a P-V, apa eciendo di e sos máximos locales. Al exis i más de un único máximo,
un algo i mo de búsqueda del pun o de máxima po encia puede con e ge en un pun o no deseado.
En la Figu a 2-9 puede obse a se el esul ado ob enido en simulación de [11] en los siguien es casos:
▪ C1: Ma iz de paneles sin somb ea .
▪ C2: Ma iz con somb eado pa cial y sin diodos.
▪ C3: Ma iz con somb eado pa cial y con diodos.
Figu a 2-9. E ec os del somb eado pa cial en una ma iz de paneles o o ol aico [11].
Una compa ación de esul ados de simulación y expe imen ales puede encon a se en [11].
Ma co eó ico
12
2.1.8 Lími es en la e iciencia de una celda sola
Las celdas o o ol aicas es án limi adas po una se ie de pé didas. Algunas de ellas pueden e i a se, pe o o as
son in ínsecas del sis ema. Las limi aciones más impo an es son [8]:
▪ La co ien e abandona el disposi i o a a és de una se ie de con ac os me álicos que ienen una
de e minada á ea pa a educi las pé didas (pueden modela se como una esis encia en se ie), la cual
bloquea cie a pa e ac i a y, po lo an o, pa e de la adiación inciden e.
▪ Sin a amien os especiales, la e lec ancia de los semiconduc o es suele se al a (del o den del 40%).
Usando supe icies de película ina puede educi se has a un 3% o menos.
▪ Los o ones inciden es con ene gía in e io a la anchu a de la banda p ohibida no con ibuyen en la
gene ación o o ol aica, lo que, pa a el silicio, supone que un 23% de las longi udes de ondas
p o enien es de la adiación sola no son ap o echables
▪ Los o ones con exceso de ene gía sob e el alo del ancho de la banda p ohibida apa ecen como calo ,
suponiendo un 33% de pé didas de la adiación.
▪ Cada o ón abso bido gene a un pa elec ón-hueco con una di e encia de po encial de 𝐸𝑔/𝑒, sin
emba go, solo una pa e de es e po encial es á disponible pa a un ci cui o ex e no (𝑉𝑏). Es o es debido
a que, al es a pola izado, el ni el de Fe mi no es el mismo pa a la egión p y la egión n. Es o supone
un 20% de pé didas de la adiación.
2.2 Algo i mos MPPT
Como se acaba de discu i en el apa ado 2.1, la po encia gene ada po un panel o o ol aico es unción de la
ensión en bo nas de es e. Además, dependiendo de la i adiación que eciba el panel o o ol aico y de la
empe a u a de es e, el pun o de máxima po encia puede a ia . Es p ác icamen e imposible que las condiciones
ex e io es se man engan cons an es, ya que suelen a ia de un momen o pa a o o.
Pa a esol e el p oblema de búsqueda y seguimien o del MPP, se han desa ollado una se ie de algo i mos
denominados MPPT. Es os algo i mos no malmen e se basan en la medida de la ensión y co ien e del panel
o o ol aico, de mane a que, conociendo alo es an e io es, pueda con e ge en un pun o que es ima como
máximo ac ual y adap a se an e cambios en las condiciones clima ológicas.
En es e apa ado se analiza án di e sos algo i mos que exis en en la li e a u a y que se u ilizan en es e ipo de
aplicación, así como sus en ajas y des en ajas.
2.2.1 Pe u ba y obse a
El p ime algo i mo que se a a analiza se a a del algo i mo de pe u ba y obse a (P&O). Es e algo i mo es
uno de los más sencillos de implemen a debido a su simplicidad.
Como se puede obse a en la Figu a 2-10, el algo i mo oma en cada i e ación el alo ac ual de la ensión y la
co ien e del panel o o ol aico y calcula la po encia ins an ánea. T as ob ene los alo es ac uales, calcula el
inc emen o (conocidos los alo es de la i e ación an e io ) y es udia si ha habido un aumen o o un dec emen o
en la po encia. Si la po encia ha aumen ado espec o a la i e ación an e io , es que la ensión del panel
o o ol aico es á ace cándose al alo de ensión que co esponde al MPP.
Debido a que se puede accede a es e pun o desde una ensión supe io o una ensión in e io , el siguien e paso
es es udia si la ensión aumen ó o disminuyó espec o a la i e ación an e io . Si el inc emen o de ensión es
posi i o, signi ica que el algo i mo se ace ca al MPP po la izquie da (desde un alo in e io de ensión), po lo
que debe segui aumen ando la ensión, un alo Δ p ede inido. Si po el con a io el inc emen o de ensión uese
nega i o, el MPP co esponde ía a una ensión meno y el esul ado se ía el con a io.
Finalmen e, si el inc emen o de po encia uese nega i o, signi ica ía que en la i e ación an e io se ha lle ado al
panel o o ol aico a un pun o más lejano que el de máxima po encia, po lo que el azonamien o an e io se
in e i ía y si, po ejemplo, la ensión había aumen ado, hab ía que deshace es e cambio disminuyéndola.
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Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Es impo an e des aca que es e algo i mo no con e ge en ningún pun o, sino que una ez que c uce el MPP, o
cualquie máximo local en el caso de somb eado pa cial, comenza ía a oscila en o no a es e pun o. En cuan o
a la selección del alo de Δ, es impo an e des aca que, cuan o mayo sea es e alo , más ápido se encon a á
el MPP a cambio de una mayo oscilación, po lo que exis e un comp omiso en e iempo de es ablecimien o y
oscilación, siendo el alo óp imo el que maximice la in eg al de la po encia espec o al iempo.
Figu a 2-10. Diag ama de lujo del algo i mo P&O.
2.2.2 Conduc ancia inc emen al
El siguien e algo i mo se a a del algo i mo de conduc ancia inc emen al (incC). Es e algo i mo sigue algunos
de los p incipios que el del apa ado 2.2.1 (mues eo de alo es de ensión/co ien e y cálculo de alo es
inc emen ales) pe o siguiendo un azonamien o algo más so is icado. El diag ama de lujo que sigue el algo i mo
iene ep esen ado en la Figu a 2-11.
Como bien es sabido, si exis e una unción con inua 𝑓(𝑥), el signo de su p ime a de i ada 𝑓′(𝑥) mues a
in o mación sob e la mono onía de la unción, siendo c ecien e si la de i ada es posi i a o dec ecien e si es
nega i a. Po lo an o, si la unción pasa de un compo amien o c ecien e a un compo amien o dec ecien e, es
que ha pasado po un máximo local.
La po encia ins an ánea del panel o o ol aico se puede exp esa como:
( , ) *P i i=
(2.1)
Si se de i a espec o a la ensión, aplicando la egla de la cadena se ob iene:
*
Pi
i

=+

(2.2)
Donde
i


es la conduc ancia del panel o o ol aico.
Como la cu a de po encia (sin ene en cuen a somb eado pa cial) solo posee un máximo local y ningún mínimo

Ma co eó ico
14
(sin ene en cuen a los ex emos, ya que se dan pa a ensión nula y pa a la ensión de co oci cui o), el MPP se
da á cuando la exp esión (2.2) se anule, es deci cuando se cumpla:
*0
i i i
i

+ = → = −

(2.3)
También es ins an áneo ob ene , desde (2.2) o (2.3), que el signo de
P


end á el mismo signo que
i


, ya que
la ensión y la co ien e nunca oma án alo es nega i os.
Po lo an o, el algo i mo unciona de la siguien e mane a: En p ime luga , se es udia el alo inc emen al de la
ensión. En la p ime a i e ación, es e alo no se á nulo, po lo que se p ocede a es udia si el pun o es un máximo,
sin ealiza ninguna acción si se cumple la condición. En caso con a io, se es udia ía el signo de la de i ada,
que, en un sis ema disc e o, se puede ap oxima como el cocien e de ambos inc emen os (de ahí el nomb e de
conduc ancia inc emen al). Si es e es posi i o, la po encia c ece con la ensión, po lo que se debe aumen a un
alo p ede inido Δ y dec emen a en caso de que la de i ada sea nega i a.
Supóngase que se ha llegado a un pun o en el cual la ensión no ha a iado. En es e caso se es udia ía el alo
del inc emen o de la co ien e. Si no hubo a iación signi ica ía que el sis ema es á en el MPP y no se necesi a
acción de con ol. En caso con a io, signi ica que las condiciones ambien ales han cambiado y la e e encia
debe a ia . Si la co ien e (con el mismo alo de ensión) ha aumen ado, signi ica que la cu a I-V ha subido
y, po ende, el MPP se ha desplazado a la de echa, po lo que la ensión de e e encia debe aumen a y disminui
en el caso opues o.
En la p ác ica es p ác icamen e imposible que se cumpla la igualdad (2.3) y es e algo i mo, aun siendo más
e icien e, ambién oscila.
Figu a 2-11. Diag ama de lujo del algo i mo de conduc ancia inc emen al.
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Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
2.2.3 Bina y Sea ch
Di e sas a iaciones de los algo i mos P&O e incC se han p opues o, como po ejemplo en [12] y [13], aunque
ambién nue os mé odos basados en o as he amien as ma emá icas han sido es udiados po la comunidad
cien í ica.
En ciencia compu acional exis en di e sos mé odos pa a busca un da o den o de una base de da os o ec o
o denado. El mé odo más simple se ía hace una búsqueda lineal desde el p ime alo has a el úl imo, sin
emba go, el da o puede encon a se an o en el p ime luga como en el úl imo, siendo el núme o medio de
i e aciones:
( 2)( 1)
2
l
NN
nN
+−
=
(2.4)
Donde N es el núme o de da os del ec o .
O o mé odo, más e ec i o y ex endido, es el llamado mé odo de búsqueda bina ia, basado en el mé odo de
bisección, el cual ealiza la búsqueda de ce os o aíces de una unción eal [9]. En es e mé odo, es indispensable
que los da os es én o denados ( al y como ocu e en la cu a P-V, con los alo es de ensión). Es e mé odo se
basa en compa a el alo de la mi ad del in e alo y si es e ue a igual al alo buscado, la búsqueda inaliza ía.
Si el alo es dis in o, se es udia ía si es meno o meno que el buscado. En caso de se meno , el algo i mo
con inua ía en el subin e alo supe io y ice e sa. El núme o medio de i e aciones esul a:
2
log ( )
b
nN=
(2.5)
Un algo i mo MPPT basado en es e mé odo se p opone en [10]. En es e mé odo, el inc emen o en la ensión de
e e encia es a iable, ya que se es ablece unos lími es supe io e in e io que a ían en cada i e ación, los cuales
de inen el in e alo en el que se es á buscando el MPP, siendo la ensión de e e encia de cada i e ación el pun o
medio de es os lími es has a que el algo i mo con e ja en un pun o. Además, se almacena á el alo máximo de
po encia que se ha log ado, el alo de ensión que co espondía a es a po encia y un inc emen o de po encia
máxima (de inido como el alo máximo de po encia menos el alo ac ual de po encia).
Pa a comp ende el uncionamien o de es e algo i mo, se supond á en p ime a ap oximación, que la p ime a
condición a e alua de la Figu a 2-12 no se ha cumplido, ya que la po encia máxima se inicializa á como el alo
de la po encia ac ual. Pa a e i a oscilaciones, se es ablece á un umb al de po encia,
h
, de mane a que, si el
inc emen o de po encia se encuen a en e
h
, el algo i mo ya ha encon ado un pun o lo su icien emen e
ce cano al MPP como pa a que el inc emen o de po encia sea desp eciable, po lo que se es ablece á como
ensión de e e encia la ensión de po encia máxima. Si, po el con a io, se encuen a po encima del umb al,
signi ica que se ha aumen ado la po encia, almacenando los nue os alo es máximos si la po encia ac ual ue a
máxima a la egis ada y es udiando el inc emen o de ensión pa a a ia los lími es como se obse a en la igu a
(2-11). En cambio, si la po encia ha disminuido, es necesa io deshace el úl imo cambio.
En el caso de que las condiciones ambien ales a íen, se de ini á un umb al,
ese
h
, pa a einicia el algo i mo
si el inc emen o de po encia lo supe a. Si es o ocu iese, quie e deci que el pun o ac ual se ha alejado en g an
medida del MPP, causado po un cambio en la cu a I-V que gene a que el pun o ac ual se desplace. Po lo an o,
se sus i ui á el alo máximo de po encia egis ado po el alo ac ual pa a einicia el algo i mo. Si además es e
inc emen o es posi i o (en el MPP an e io , la po encia ha disminuido), signi ica que la cu a I-V ha bajado,
lle ándose el MPP más a la izquie da. En es a ocasión, se es ablece ía como nue o lími e supe io la ensión
ac ual y se de ini ía un coe icien e
µ
, de mane a que el lími e in e io se disminuya una pa e p opo cional.
La elección de los umb ales y coe icien es es un aspec o cla e en el endimien o de es e algo i mo.
Ma co eó ico
16
Figu a 2-12. Diag ama de lujo del algo i mo Bina y Sea ch (BNS) p opues o en [14].
Un análisis más exhaus i o del algo i mo puede lee se en [14].
2.3 Con e ido es DC/DC
Uno de los elemen os básicos es udiados en la elec ónica de po encia, son los con e ido es DC/DC. Su unción
es la de con e i de e minado ni el de ensión con inua a o o. Exis en di e sas opologías básicas en unción
de si se desea ele a o educi la ensión, además de o as que pe mi en educi la o ele a la u ilizando el mismo
ci cui o. También se han diseñado opologías más complejas que pueden o ece mejo es esul ados (como una
disminución del izado de la co ien e de salida, el cual se á es udiado a con inuación) a cos a de u iliza un
mayo núme o de componen es.
Es os con e ido es se basan en el uso de condensado es y bobinas, además del uso de diodos y o os disposi i os
semiconduc o es que ac úan como in e up o es, a eces denominados pue as (como pueden se mos e s,
IGBTs, GTOs…), conmu ando a de e minada ecuencia. La p opiedad elemen al de los condensado es y
bobinas es su con inuidad en ensión y co ien e espec i amen e, ya que al cumpli se las ecuaciones (2.6) y
(2.7), una discon inuidad en el iempo supond ía un alo de la co ien e de la bobina o la ensión del condensado
in ini o.
c
c
d
iC
d
=
(2.6)
L
l
di
L
d
=
(2.7)
Se es udia á el compo amien o en égimen pe manen e, po lo que se supond á que la ensión del condensado
es la misma al inal que al comienzo del pe íodo y de igual mane a lo se á la co ien e de la bobina.
17
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Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
2.3.1 Con e ido ele ado
El con e ido ele ado o Boos es uno de los con e ido es DC/DC básicos y su opología puede obse a se en
la Figu a 2-13.
Figu a 2-13. Con e ido ele ado [15].
Pa a ealiza un análisis de un con e ido DC/DC se ha de di idi el ci cui o en dos es ados dis in os: cuando el
in e up o S1 se encuen a ce ado y cuando se encuen a abie o. Exis i ía un e ce es ado si la co ien e de la
bobina se anula a (modo de conducción discon inua), sin emba go, en es e es udio se supond á que el con e ido
unciona en modo de conducción con inua, ya que en el equipo que se a a diseña la co ien e oma á alo es
lo su icien emen e ele ados. Pa a es e análisis se supond á que la co ien e de salida es p ác icamen e cons an e
e igual a su alo medio,
o
I
.
(a) (b)
Figu a 2-14. (a) Ci cui o equi alen e cuando el in e up o es á ce ado. (b) Ci cui o equi alen e cuando el
in e up o es á abie o [15]-
En la Figu a 2-14 se puede comp oba el ci cui o equi alen e en ambos in e alos. Se de ine como du y cycle
(D) a la acción de pe íodo en la que el in e up o se encuen a ce ado
En el p ime in e alo, es deci , cuando el in e up o se encuen a ce ado, se cumple que:
L
co
s
V
iI
=
=−
(2.8)
Además, el diodo es á pola izado in e samen e, po lo que ac úa como ci cui o abie o. En onces, la co ien e
de la bobina ascende á con una pendien e igual a
/
in
VL
y la ensión del condensado disminui á con una
pendien e igual a
/
o
IC−
.
En el segundo in e alo, se cumple que:
L s o
c L o
V V
i i I
=−
=−
(2.9)
Aho a la co ien e de la bobina disminuye con una pendien e
( )/
in o
V V L−
(ya que
o in
VV
) y la ensión del
condensado aumen a con una pendien e igual a
()
Lo
iI−
/C
De es a mane a, se han ep esen ado las o mas de onda de las co ien es y ensiones an e io es en la Figu a
2-15. Nó ese que la co ien e del condensado en el segundo in e alo puede oma alo es nega i os, lo que
conlle a ía un nue o es udio, que no se ealiza á en es e apa ado.
Ta je a con olado a: DS1104
24
▪ Unidad SPI (a a és de la UART TL16C550C de Texas Ins umen s).
o Modo de anscei e con igu able (RS232, RS422, RS485).
o Baud a e de has a 115.2 kBd (RS232) y 1 Mbd (RS422/RS485).
Po o a pa e, el subsis ema que ac úa de escla o es á compues o po un DSP TM320F240 de Texas Ins umen s
co iendo a 20 MHz que apo a las siguien es uncionalidades:
▪ Unidad de en adas y salidas digi ales.
o 14 bi s con igu ables como en ada/salida de mane a indi idual
o Tensión TTL pa a en adas y salidas.
o ± 13 mA de co ien e de salida máxima.
▪ Cua o salidas PWM independien es con du y cycle con igu able, pola idad y modo (simé ico o
asíme ico) con igu able. Tensión TTL.
▪ T es salidas y es salidas in e idas pa a la gene ación de PWM i ásico, con du y cycle, ecuencia y
iempos mue os con igu ables. Tensión TTL.
▪ T es salidas y es salidas in e idas pa a la gene ación de señales PWM pa a space ec o , con ec o ,
sec o , ecuencia y iempos mue os con igu ables. El uso de es e módulo inu iliza el an e io .
▪ Cua o canales de medición de señales PWM o señales cuad adas.
▪ Unidad SPI.
o Has a 125 Mbd (como sla e) o 2.5 Mbd (como mas e ). No es implemen able median e RTI.
Un esquema de odas las uncionalidades desc i as apa ece en la igu a 3-1.
Figu a 3-1. Vis a gene al de la a qui ec u a de la DS1004 [16].
3.2 Pue os de en ada/salida
La dSPACE DS1004 puede complemen a se con un panel de con ol apo ado po el mismo ab ican e, el
CP1104, el cual pe mi e es ablece una conexión en e los dis in os pines de la dSPACE y o os elemen os
ex e nos de o ma sencilla Un esquema con los conec o es apo ados se puede obse a en la Figu a 3-2.
Los conec o es que apo a el CP1004 son los siguien es:
▪ 16 conec o es BNC conec ados a la unidad ADC/DAC.

25
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Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
▪ 2 conec o es Sub-D de 37 pines conec ados a la unidad digi al del mas e PC y al sla e DSP
espec i amen e.
▪ 2 conec o es Sub-D de 9 pines conec adas a la UART (uno pa a implemen a RS232 y o o pa a
RS422/RS485).
▪ 2 conec o es Sub-D de 16 pines conec ados a la in e az pa a encode s inc emen ales (uno po canal).
Figu a 3-2. Vis a supe io del CP1104 [16].
A con inuación, se explica án b e emen e los pue os u ilizados que se u iliza án en el p oyec o.
3.2.1 Conec o del sla e DSP
El panel de con ol cuen a con un Sub-D de 37 pines hemb a conec ado a las dis in as señales que p opo ciona
el sla e DSP, el cual se á el enca gado de gene a las señales que con ola án el equipo.
Sin emba go, exis en una se ie de con lic os en es pines, po lo que hay una se ie de señales que no pueden
usa se al mismo iempo. Es o es debido a que la unidad digi al es á compues a po señales compa idas con la
unidad de medición de señales cuad adas/PWM (señales SCAP1-SCAP4), con la unidad SPI (señales SCLK,
SSIMO, SSOMI y SSTE) y con las unidades PWM.
El conexionado de es as señales se puede obse a en la Figu a 3-3. Las señales ST2PWM, SPWM7-SPWM9
co esponden al módulo de señales PWM independien es y las señales SPWM1-SPWM6 a las señales del PWM
i ásico, siendo las pa es las señales negadas de las impa es.
Ta je a con olado a: DS1104
26
Figu a 3-3. Señales conec adas al conec o CP18 [16].
3.2.2 Comunicación se ie
Pa a la comunicación con equipos ex e nos, como pod ían se la ba e ía o el emulado de PV, se u iliza á la
unidad SPI del mas e PPC. El CP1104 cuen a con un conec o Sub-D de 9 pines con las señales necesa ias pa a
es ablece la comunicación (Figu a 3-4).
Figu a 3-4. Señales conec adas al conec o CP21 [16].
Las señales en pa én esis co esponden a las señales cuando la UART es á con igu ada en modo RS422 o
RS485. Aun así, se u iliza á en modo RS232, el cual u iliza ensiónes de
10
V.
3.3 In e az de con ol
El so wa e Con olDesk apo ado po el ab ican e pe mi e el diseño de in e aces pa a lee y esc ibi las
dis in as a iables de la a je a con olado a. Pa a con ola la ope ación del equipo y ealiza los dis in os
expe imen os necesa ios pa a comp oba el uncionamien o de es e, se diseñó una in e az compues a de es
en anas dis in as, una en ana p incipal pa a ealiza la ope ación, una en ana pa a es ablece di e sos
pa áme os como los lími es de ensión/co ien e o el iempo de p eca ga, en e o os y una en ana pa a acili a
la sin onización de los con olado es.
3.3.1 Ven ana p incipal
En es a en ana (Figu a 3-5) se encuen an los di e sos elemen os sob e los que el usua io puede ac ua .
27
27
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Figu a 3-5. In e az de usua io del equipo. Ven ana p incipal.
Se pueden di e encia cinco g andes bloques:
▪ Bloque de ala mas. En caso de que se supe e algún lími e de ensión/co ien e o los d i e s enca gados
de dispa a los con e ido es allen, el equipo se de end á y se ac i a á el indicado de la ala ma
co espondien e, almacenando el alo que p o ocó que es a se ac i a a.
▪ Bloque de medidas. En es e bloque se mues an las medidas omadas po el ADC, así como la po encia
cedida/consumida en cada canal. Además, se ha añadido un bo ón pa a encende /apaga la ba e ía jun o
a un indicado del es ado de ca ga (SoC).
▪ Bloque de con ol de es ado. En es e bloque exis e un bo ón p incipal (RUN) que inicia el equipo, jun o
con un bo ón p incipal (STOP) que de iene la ope ación, además de un bo ón pa a ese ea el sis ema
en caso de e o . También se han añadido dos pa ejas de bo ones de a anque y pa o pa a el segundo
canal (PV) y pa a el e ce canal, los cuales sólo se encuen an ope a i os cuando el p ime canal se
encuen a en ma cha. Debajo de es os bo ones se mues a el es ado de canal.
▪ Bloque de modo de ope ación. En es e bloque se puede escoge si el sis ema en unciona á en bucle
ce ado ( alo de du y cycle median e el algo i mo de con ol) o en bucle abie o ( alo de du y cycle
ijo), seguido de una ila pa a ajus a la e e encia de cada canal y o a pa a el du y cycle en el caso de
que se escoja ope a en bucle abie o. También se mues a la salida de los con olado es y se pe mi e
ac i a /desac i a el algo i mo MPPT (anulando la e e encia ijada po el usua io y u ilizando la
gene ada po el algo i mo), así como selecciona el algo i mo.
▪ G á icas. T es g á icas independien es mues an en iempo eal la e e encia y el alo medido de cada
canal.
3.3.2 Ven ana de pa áme os
En la Figu a 3-6 se mues a la en ana de pa áme os, donde se pueden con igu a :
▪ Lími es de ensión/co ien e a pa i de los cuales se ac i an las ala mas.
▪ Du ación de la segunda p eca ga, alo inal y iempo en el que los dos con ac o es se encuen an
ce ados al mismo iempo.
▪ Valo es del inc emen o ijo de ensión de los algo i mos P&O y conduc ancia inc emen al, iempo de
mues eo y pa áme os del algo i mo BS.
Figu a 3-6. In e az de usua io del equipo. Ven ana de pa áme os.
Ta je a con olado a: DS1104
28
3.3.3 Ven ana de sin onización
En la e ce a en ana (Figu a 3-7) se pe mi e a ia las cons an es de los con olado es que se p esen a án en el
capí ulo 4 (el subíndice 1 hace e e encia al lazo ex e no y el subíndice 2 hace e e encia al lazo in e no). Debido
a que se u iliza á un con ol en cascada, es necesa io pode desac i a el lazo ex e no pa a sin oniza el lazo
in e no [15]. Si la casilla Con olle /Tune se encuen a ac i ada, el con ol se ealiza median e el lazo in e no,
cuya e e encia puede se modi icable po el usua io pa a la sin onización de es e.
Figu a 3-7. In e az de usua io del equipo. Ven ana de sin onización.
La sección LDO consis e en la adición de un obse ado de p ime o den pa a aumen a el ancho de banda de
los con olado es. Sin emba go, la implan ación de es e elemen o no o ma pa e del alcance de es e p oyec o.
3.4 Modelo en Simulink.
Una de las p incipales en ajas que apo a el uso de las a je as con olado as de la amilia dSPACE es la
acilidad de su pues a en ma cha, ya que se pueden implemen a modelos en Simulink como el de la Figu a 3-8
pa a que el compilado se enca gue de p og ama la a je a.
29
29
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Figu a 3-8. Modelo en Simulink implemen ado en la DS1104.
En cualquie modelo des inado a se implemen ado en una a je a dSPACE es necesa io que exis an una se ie
de bloques pa a su con igu ación, donde se puede es ablece un igge ex e no o sinc oniza la ejecución con la
po ado a que gene a las señales PWM y sinc oniza los ADCs con el igge , en e o os. En es e caso se
ealiza on ambas acciones, ya que, de es a mane a, se puede con igu a pa a que la medida del ADC se de en el
pu o medio de la señal y el con ol se ealice con la media.
El modelo en Simulink cons a de:
▪ Un bloque de acondicionamien o de señal (Figu a 3-9), donde se ealiza el escalado de las medidas pa a
ob ene los alo es co espondien es de la ensión y la co ien e. Pa a ello ue necesa io ealiza la
calib ación de cada uno de los senso es del equipo.
▪ Un bloque de con ol de e o (Figu a 3-10). Den o de es e bloque se compa a los alo es medidos con
los lími es es ablecidos y se ges ionan las dis in as ala mas.
▪ Un bloque de con ol (Figu a 3-11). En es e bloque se encuen an an o los con olado es u ilizados,
como el algo i mo MPPT y la gene ación de la segunda p eca ga.
▪ Un bloque de con igu ación SPI, donde simplemen e se incluyen los bloques de con igu ación de es e
módulo.
▪ Un bloque de displays, donde se ob iene de mane a indi ec a el alo de la po encia de cada canal a
pa i de los alo es de ensión y co ien e de cada ins an e pa a mos a lo en Con ol Desk.
▪ Un bloque de en adas y salidas donde se con igu an las señales de en ada y salida.
▪ Un bloque de backg ound. Es e bloque se ejecu a una ez que las demás acciones se hayan lle ado a
cabo, es deci , en el iempo es an e. Aquí se ges ionan las máquinas de es ado.

Ta je a con olado a: DS1104
30
Figu a 3-9. Bloque de acondicionamien o de señal.
Figu a 3-10. Bloque de con ol de e o .
Figu a 3-11. Bloque de con ol. Den o del bloque Con ol 1 se gene a la ampa de la segunda p eca ga. Un
con ado in e no ac i a una señal pa a consul a el SoC de la ba e ía cada 1s.
31
4 DISEÑO Y MONTAJE DEL EQUIPO
a pues a en ma cha de un equipo eal conlle a una se ie de implicaciones adicionales que no se ienen a
la ho a de es udia o simula un ci cui o. Uno de los elemen os más impo an es de un equipo son las
p o ecciones. Un equipo puede se accesible a la pe sona que se encuen e diseñándolo u ope ando e
incluso al usua io inal en de e minada ocasión, po lo que es indispensable que, en p ime luga , el equipo se
diseñe de mane a que los elemen os que se encuen en en ensión se encuen en lo menos accesibles posibles.
En segundo luga , los elemen os que componen el ci cui o pueden daña se si se supe an una se ie de umb ales
de ensión o co ien e, po lo que ambién es indispensable inclui p o ecciones pa a ga an iza que es os
umb ales nunca son supe ados.
4.1 Elemen os del equipo
En es e apa ado se p esen a án los dis in os elemen os que componen el sis ema.
4.1.1 Con e ido es u ilizados
Tal y como se había de inido en los obje i os del p oyec o, el sis ema iba a con a con es uen es independien es
de ene gía, po lo que se necesi an es con e ido es DC/DC. Debido a que se conec a á un elemen o capaz de
dis ibui o almacena ene gía, el lujo de po encia debe ía pode i en ambas di ecciones, po lo que se decidió
u iliza con e ido es bidi eccionales.
Se u iliza on dos unidades de una PCB p esen e en el labo a o io (Figu a 4-1) la cual es á compues a po cua o
mos e s IRFP4227, capaces de sopo a 65 A y 200V, o mando un puen e en H (equi alen e a dos con e ido es
bidi eccionales con su salida en pa alelo) y demás elemen os necesa ios.
Debido a que los ni eles de ensión a la salida de cualquie a je a con olado a no son los ap opiados pa a hace
conmu a un disposi i o de po encia, las señales de dispa o de es os son gene adas po el FAN7384, un d i e
diseñado pa a es e ipo de con e ido es. Es e equie e una señal de ac i ación y la señal PWM co espondien e
a cada disposi i o, sin emba go, el conec o de señales del d i e de es a PCB solo equie e la señal de la pue a
in e io , ya que median e un mos e que ac úa de in e so gene a la señal de la pue a supe io .
Figu a 4-1. Con e ido u ilizado en el equipo.
L
Diseño y mon aje del equipo
32
32
Las salidas de es as PCBs se conec a on en pa alelo a un banco de 12 condensado es de 470 µF en pa alelo,
o mando una capacidad equi alen e de 5.64 mF- El pun o común en e cada pa eja de mos e s se conec ó a
sendas bobinas de 3 mH, o mando la en ada de cada canal. Ambos elemen os se pueden ap ecia en la Figu a
4-2.
Figu a 4-2. DC-Link del equipo (izquie da) y bobina de un con e ido (de echa).
Aunque el equipo cuen e con cua o con e ido es en o al, en es e p oyec o solo se pond án es en ma cha,
debido a que la can idad de ADCs que p opo ciona la DS1104 limi a el núme o de con e ido es que se pueden
con ola al mismo iempo.
4.1.2 Elemen os de medida
A la ho a de implemen a los algo i mos de con ol del sis ema, es necesa io medi en cada ins an e la ensión y
la co ien e de cada canal, además de la ensión del DC-Link.
Pa a lle a a cabo es a a ea, se u iliza on dos senso es de e ec o Hall (Figu a 4-3) ampliamen e u ilizados en la
indus ia, el LV-25P y el LA-25NP ( ensión y co ien e espec i amen e). Una de las p incipales en ajas de es e
ipo de senso es es que no añaden pé didas po inse ción, ya que se gene a una co ien e p opo cional a la que
ci cula po él. Sin emba go, pa a medi ensión es necesa io coloca una esis encia en se ie con el senso pa a
gene a una co ien e p opo cional, aunque, si es a esis encia se escoge adecuadamen e, el e ec o de inse ción
apenas es no able.
Figu a 4-3. Senso es de co ien e (izquie da) y ensión (de echa) del equipo.
Debido a que los ADCs de la DS1104 equie en una en ada en ensión en e -10 V y 10 V, es necesa io una
e apa de acondicionamien o pa a ob ene una señal en ensión a pa i de la co ien e gene ada a la salida de los
senso es y adecua la al ango de en ada pa a op imiza el SNR. Pa a ello, se u ilizó una PCB p esen e en el
labo a o io (Figu a 4-4), diseñada pa a es os senso es, compues a po a ios ampli icado es ope acionales,
esis encias y condensado es. La salida y la alimen ación de cada senso se conec a a la PCB que acondiciona la
señal median e cables de pa enzado y la salida de es a PCB se conec a a o a que incluye un conec o BNC
hemb a pa a cada señal.
33
33
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Figu a 4-4. E apa de acondicionamien o de las medidas.
Además, cuando se cap u e la señal, se ob end á un a iable con un alo en e -1 y 1, po lo que es necesa io
calib a es os senso es y escala el esul ado ob enido pa a ob ene los alo es de ensión. Pa a la calib ación, se
aisla on los dis in os senso es del equipo y se conec ó una uen e limi ada en ensión o en co ien e, ob eniendo
una se ie de pun os al y como se mues a en la Figu a 4-5.
Figu a 4-5. Ejemplo de ec as de calib ación.
4.1.3 Elemen os de p o ección
Ya que, en algún momen o, an o a la salida del equipo como en alguna de las uen es de ene gía pueden
p oduci se sob eco ien es o sob e ensiones, es necesa io dispone de una se ie de p o ecciones.
An es de comenza a dispa a los con e ido es que o man el equipo, es necesa io implemen a po so wa e
una se ie de ala mas que, en caso de que se excedan los lími es es ablecidos (escogidos en unción de las
ca ac e ís icas de los disposi i os semiconduc o es y demás elemen os que o man el equipo), desac i en la
ope ación de los con e ido es. De es a mane a, las uen es y el DC-Link se aisla ían en e sí, e i ando daños en
cualquie a de es os.
En un equipo de al a po encia, se pod ía u iliza un magne o é mico conec ado a la en ada de cada canal. De
es a mane a, en el caso de que la en ada de un con e ido alcanzase una co ien e excesi amen e ele ada, se
desconec a ía dicho canal, además de pode man ene desconec ado manualmen e alguno de los canales.
Sin emba go, debido a que no se disponía de magne o é micos de co ien e con inua (los cuales incluyen algún
mecanismo de ex inción del a co eléc ico) y que las p o ecciones es aban implemen adas po so wa e, los
magne o é micos u ilizados en el equipo solo cumplen la unción de conexión manual de cada uno de los canales
de en ada y la ca ga.
Diseño y mon aje del equipo
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40
T as simula el mon aje de la igu a supe io , el esul ado ue el mos ado en la Figu a 4-17:
Figu a 4-17.Simulación en bucle ce ado del lazo in e no.
Se puede ap ecia como la co ien e se adap a co ec amen e a la e e encia con un iempo de subida de
ap oximadamen e 1 ms, de mane a que se puede con inua añadiendo el lazo ex e no. Además, el izado en
co ien e es p ác icamen e de 2 A, al y como puede ob ene se u ilizando la ecuación (2.10).
4.2.3 Canal único
Una ez que se ha comp obado el uncionamien o del lazo in e no, el siguien e paso es u iliza el esquema de
con ol comple o, sin onizando el lazo ex e no. En es e momen o, el mon aje en Simulink de la Figu a 4-18
co esponde al esquema de un canal del equipo eal, po lo que además es necesa io añadi una máquina de
es ados que con ole la ope ación.
Figu a 4-18. Esquema en Simulink de un canal del con e ido , incluyendo cambio de ca ga.
La máquina de es ados, cuyo diag ama de lujo apa ece en la Figu a 4-19, posee los siguien es es ados:
▪ STOP. Es el es ado de eposo, el con e ido se encuen a desac i ado.
▪ PRECHARGE 1. En es e es ado se conec a la esis encia de p eca ga has a que se alcanza una ensión
en el DC-Link lige amen e in e io a la de en ada.
▪ PRECHARGE (BOTH): En es e es ado ambos con ac o es se encuen an ce ados al mismo iempo
du an e un iempo p og amable.
▪ PRECHARGE 2. Se añade una segunda p eca ga donde la e e encia del con olado a ía linealmen e
desde el alo de ensión del DC-Link al comienzo del es ado has a la ensión de e e encia asignada.
▪ RUN. Es el es ado donde el equipo se encuen a en su ope ación na u al.
▪ ERROR. A es e es ado se accede en el momen o de que se supe e alguno de los lími es de
ensión/co ien e (en el equipo eal, ambién cuando se ac i a la señal de e o de los d i e s que gene an
las señales de dispa o de las pue as).

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41
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Figu a 4-19. Diag ama de lujo de la máquina de es ados del p ime canal.
Las señales RUN, STOP y RST de la igu a supe io co esponden a las señales de con ol que se p esen a on
en la in e az del capí ulo 3.
Debido a que el con olado u ilizado es un PI y, po lo an o, es de ipo 1, es ine i able que exis a un e o
cuando la e e encia es una ampa, aun así, es necesa io ajus a las ganancias del con olado pa a que siga lo
máximo posible la e e encia.
Figu a 4-20. Simulación en bucle ce ado de un canal del equipo.
Figu a 4-21. De alle de la ensión del DC-Link.
En la Figu a 4-20 se obse a el esul ado de simulación. Se puede di e encia ambos es ados de p eca ga y el
es ado de ma cha. En el segundo 0.35 se ha e ec uado un cambio de ca ga, añadiendo una esis encia del mismo
alo a la inicial en pa alelo, lo que duplica la po encia exigida. En la Figu a 4-21 se obse a un de alle de la
ensión de salida du an e el cambio de ca ga, donde la ensión se egula en ap oximadamen e 50 ms.
Diseño y mon aje del equipo
42
42
4.3 Resul ado expe imen al
Una ez que se han ob enido esul ados posi i os en simulación, se puede p ocede a pone en ma cha el equipo
eal. Pa a ello, se conec ó una uen e de ensión conec ada la ed en un canal aislado.
La uen e en cues ión se a a de la N5771A de Agilen Technologies. Puede o ece una po encia de has a
1500W, alcanzando una ensión de 300 V y una co ien e máxima de 5 A. Pa a los dis in os expe imen os que
se ealiza án en el equipo, se limi a á a 50 V.
Como ca ga se u iliza on es esis encias de 1kW en se ie, de 21 Ω cada una (Figu a 4-22), o mando una
esis encia equi alen e de 63 Ω que, bajo una ensión de 100 V como se desea en la salida, consumi ían unos
158.73 W.
Figu a 4-22. Ca ga del sis ema.
An es de comenza a ope a el equipo, es necesa io comp oba las p o ecciones que se han p og amado, de
mane a que, si llega a a exis i una sob e ensión o sob eco ien e po cualquie mo i o, se de u ie a el equipo.
Pa a ealiza es as comp obaciones, lo p ime o es comp oba manualmen e que los elés se cie an pa a
pos e io men e conec a la uen e de ensión en el p ime canal y a anca el equipo en bule abie o con D=1, de
mane a que la ensión del DC-Link sea igual a la ensión de en ada (50 V). Po úl imo, se a ia án manualmen e
los lími es con los que debe ían de sal a las p o ecciones, o zando que se ac i e la ala ma de e o , po ejemplo,
es ableciendo un lími e supe io de la ensión del DC-Link meno a la ensión de en ada.
Debido a que el senso de ensión del DC-Link se encuen a conec ado a la PCB del con e ido , en el momen o
en el que los con ac o es es án ce ados, el senso de ensión ma ca la ensión de en ada, po lo que en las dos
úl imas g á icas de la Figu a 4-23 se ha mos ado la co ien e de la uen e en luga de la ensión, obse ando
cómo es a se anula (el equipo se desconec a) en el momen o que se excede el lími e co espondien e
43
43
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Figu a 4-23. Comp obación de p o ecciones en el equipo eal.
T as p oba las p o ecciones, se comp obó el uncionamien o en bucle abie o de cada uno de los canales de
mane a aislada, ob eniendo, como e a de espe a , un esul ado simila en odos los con e ido es. En el análisis
del con e ido ele ado del capí ulo 2 se u ilizó como du y cycle el iempo que es aba ce ada la pue a in e io .
Sin emba go, en el equipo se de ine como du y cycle el iempo que es á ce ada la pue a supe io , de mane a
que
1
up
DD=−
y (2.12) es equi alen e a
/
o s u p
V V D=
Diseño y mon aje del equipo
44
44
Figu a 4-24. Tes en bucle abie o del sis ema.
Si la ensión de en ada son 50 V, la ensión de salida eó icamen e debe ía alcanza los 100 V y 71.43 V con un
du y cycle de 0.5 y 0.7 espec i amen e, coincidiendo p ác icamen e con los alo es expe imen ales mos ados
en la Figu a 4-24.
Una ez comp obado el co ec o uncionamien o de odos los canales en bucle abie o, se p ocedió a ope a en
bucle ce ado, cuyo esul ado apa ece en la Figu a 4-25. Al igual que pasa en la mayo ía de los sis emas eales,
los con olado es diseñados en simulación no suelen unciona de la misma mane a en el sis ema eal, po lo que
ue necesa io sin oniza es os con olado es pa a que ue an lo su icien emen e ápidos sin comp ome e la
es abilidad del equipo. Uno de los lími es exis en es en es e ins an e es la limi ación en co ien e de la uen e,
po lo que no se podían implemen a con olado es demasiado ag esi os, ya que en el momen o que se le exige
a la uen e más co ien e de la que puede o ece , se p oduce una caída de ensión.
Figu a 4-25. Tes en bucle ce ado del equipo
45
45
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Figu a 4-26. Tes en bucle ce ado del equipo. P eca ga.
Figu a 4-27. Tes en bucle ce ado del equipo. Cambio de e e encia.
Si se obse a la Figu a 4-26. Tes en bucle ce ado del equipo. P eca ga., se puede pensa que la p eca ga no se
es á ealizando co ec amen e ya que no se obse a la e olución exponencial que se espe aba. Es o se debe a la
limi ación en co ien e de la uen e de ensión, ya que si se obse a la co ien e se puede ap ecia como es a se
anula cons an emen e, debido a la ele ada co ien e exigida, lo que ue za que la ensión de en ada disminuya
ins an áneamen e. Con o me la ampli ud de es os picos disminuye, la co ien e se a es abilizando.
En la Figu a 4-27 se puede comp oba como el sis ema se adap a a un cambio de e e encia, ya que no se
implemen ó un cambio de ca ga. El iempo de es ablecimien o es de ap oximadamen e 100 ms.
El mismo p ocedimien o se lle ó a cabo en el es o de los canales, ob eniendo un esul ado simila .

47
5 PUESTA EN MARCHA DE LA BATERÍA
n el capí ulo 4 se explicó cómo el equipo ue diseñado y se mos ó el esul ado expe imen al de un canal
aislado, comp obando el co ec o uncionamien o de cada uno de ellos. A la en ada de es os, se conec ó
una uen e de ensión, sin emba go, en una aplicación eal puede se más in e esan e el uso de un sis ema
de ba e ías que pueda almacena ene gía, ya que, po ejemplo, en un ehículo eléc ico no se end ía acceso a la
ed pa a conec a una uen e de ensión. Además, un ba e ía eal es capaz de o ece mayo co ien e que las
uen es de las que se disponen en el labo a o io, solucionando el p oblema comen ado en el capí ulo 4 y
pe mi iendo el diseño de con olado es más ápidos.
5.1 Ba e ía u ilizada
La ba e ía que se conec ó en el canal p incipal es una ba e ía diseñada po la emp esa Sol ing Sys em
Enginee ing (Figu a 5-1), ma e ial de labo a o io, de la cual no exis e documen ación que explique su
composición o pa áme os in e esan es a la ho a de ope a con ella.
En plena ca ga, la ensión en bo nas de la ba e ía es de 50 V. Cuen a con dis in as p o ecciones in e nas (de
sob eco ien e en e o as) y un sis ema de egulación de la co ien e de ca ga Es a ba e ía, al igual que muchos
en o nos indus iales como pueden se PLCs, u iliza el p o ocolo Modbus pa a su comunicación.
Figu a 5-1. Fuen es u ilizadas en el equipo. De a iba a abajo: uen e de ensión, ba e ía y emulado de PV.
5.2 P o ocolo Modbus
La ba e ía u ilizada cuen a con mul i ud de egis os de esc i u a/lec u a que pe mi en an o ope a sob e la
ba e ía (como, po ejemplo, encende la o apaga la) como oma in o mación de es a (como puede se la ensión
de cada celda, el SoC o el es ado de las ala mas).
Pa a la comunicación con equipos ex e nos, la ba e ía implemen a un pequeño se ido Modbus sob e TCP/IP,
pe mi iendo conec a la ba e ía a una sub ed median e el conec o RJ-45 que inco po a.
Con la llegada de los PLCs a la indus ia y la necesidad inminen e de es ablece una conmu ación en e ellos y
o os equipos, nació el p o ocolo Modbus [18]. Es e p o ocolo iene dis in as a iaciones, siendo Modbus TCP
la es udiada en es e apa ado, si uándose en la capa de aplicación del modelo OSI [19].
En es e p o ocolo exis e un disposi i o que solici a lee /esc ibi in o mación (maes o) sob e los egis os de o o
E
Pues a en ma cha de la ba e ía
48
48
disposi i o (escla o). Los disposi i os que implemen an el p o ocolo Modbus poseen los siguien es ipos de
egis os:
• Bobinas. Son egis os booleanos de que pueden se leídos o esc i os an o po pa e del equipo que
ac úa de maes o como el que ac úa de escla o.
• En adas disc e as. Son egis os booleanos donde al maes o solo se le pe mi e la lec u a.
• Regis os de e ención. Igual que las bobinas, pe o con palab as sin signo.
• Regis os de en ada. Igual que las en adas disc e as, pe o con palab as sin signo.
Todos los egis os de la ba e ía son egis os de e ención.
Pa a comp ende el uncionamien o del p o ocolo Modbus, es necesa io p esen a la es uc u a de la ama, es
deci , cómo se es uc u a el paque e de da os que se en ia á sob e TCP-IP.
Figu a 5-2. T ama maes o (izquie da) y escla o (de echa) Modbus.
La cabece a del p o ocolo con a de los siguien es campos, cuyo amaño puede consul a se en la Figu a 5-2:
• ID de la ama. Suele u iliza se un núme o que se inc emen a con cada paque e. La unción de es e
campo es es ablece qué espues a co esponde a qué mensaje en iado.
• ID del p o ocolo. 0 en Modbus.
• Tamaño. Indica el amaño en by es del es o del paque e.
• Unidad. Indica a qué unidad se en ía el paque e. Si la unidad no posee una iden i icación, se debe
esc ibi 255 en es e campo.
• Código de unción. Pa a es a aplicación, es impo an e conoce que 03 y 06 co esponden
espec i amen e a la lec u a y a la esc i u a de un solo egis o de e ención.
En cuan o al campo de da os del paque e, en la pa e del maes o (el disposi i o que es ablece la comunicación),
el p ime by e hace e e encia a la di ección en la que se quie e ealiza la acción. En la pa e del escla o, el
p ime by e incluye el núme o de by es de la espues a.
5.3 Comunicación dSPACE-ba e ía
Una ez conocido el o ma o de la ama del p o ocolo y sabiendo que la ba e ía posee un egis o pa a
habili a /deshabili a la ba e ía y un egis o con el SoC, en e o os, lo único es an e es ealiza una unción que
se enca gue de es ablece la comunicación necesa ia pa a con ola el es ado de la ba e ía y conoce
cons an emen e el SoC. Pa a ello, se diseña on dos máquinas de es ados, una pa a el en ío de los paque es y o a
pa a la ecepción.
Pa a diseña la máquina de es ados de la ecepción (Figu a 5-3) es impo an e conoce cómo se es án ecibiendo
los da os. Tal y como se ha con igu ado la DS1004, cada iempo de mues eo se in en a lee un da o de la FIFO.
Si no se ha ecibido ningún da o, un bi de es ado de la FIFO mos a á un e o , sin emba go, cuando se encuen e
un da o, es e bi se man end á a ce o (condición de que se ha leído un by e). Po lo an o, se pa i á de un es ado
en el que se lee la cabece a de la ama ecibida y o o es ado en el que se leen los da os, ac i ando una señal de
in de lec u a pa a indica a la máquina de es ados del en ío que se ha leído un nue o paque e.
49
49
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Figu a 5-3. Máquina de es ados de ecepción Modbus.
La máquina de es ados del en ío (Figu a 5-4) comenza á en un es ado de eposo. En la p ime a i e ación, se
en ia á un paque e pa a conoce el es ado de la ba e ía y se ol e á al es ado de eposo. Es a comp obación se
ealiza cada 10 s. Una ez conocido el es ado de la ba e ía, si el bo ón ON/OFF oma el alo con a io, se en ía
un paque e pa a habili a /deshabili a la ba e ía. Si la ba e ía es á habili ada, cada 1 s se en ía un paque e
solici ando el SoC. Una ez en iado cualquie ipo de paque e, si no se ecibe espues a a los 10 s, se en a en el
es ado de e o .
Figu a 5-4. Máquina de es ados de en ío Modbus.
5.4 Resul ado expe imen al
T as comp oba que la comunicación con la ba e ía unciona co ec amen e y se puede encende /apaga la
ba e ía desde la in e az diseñada en Con olDesk, ac ualizándose cons an emen e el SoC, lo siguien e es epe i
el expe imen o del apa ado 4.3 u ilizando la ba e ía como uen e de en ada.
El esul ado ( ep esen ado en la Figu a 5-5) es simila , con el de alle de que en es e momen o la p eca ga (Figu a
5-6) sí e oluciona como se espe aba, aunque se puede obse a cómo el lími e de co ien e que puede o ece la
ba e ía es de 16 A, sin p oduci se el mismo e ec o que con la uen e. Un de alle del cambio de e e encia se
puede ap ecia en Figu a 5-7.
Pues a en ma cha del emulado de PV
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56
A di e encia del p ime canal, en el segundo canal se desea egula la ensión del panel o o ol aico, po lo que
ealmen e es e con e ido se puede e como un con e ido educ o cuya en ada es el DC-Link y su salida es
el PV. Po lo an o, a el e o que se in oduci ía en el lazo ex e no, se ía de signo con a io. La o ma más
sencilla de comp ende el cambio de signo es pensa que aho a, al ac ua como educ o , el e ec o que se e en
la ensión del PV al aumen a el du y cycle es el con a io que en el caso de con ola el DC-Link.
Figu a 6-4. Esquema en Simulink de dos canales del equipo.
Además, a la en ada del PV se conec a á un condensado pa a es abiliza la ensión en bo nas de es e, ya que el
p opio izado de la co ien e (del o den de la co ien e de máxima po encia), puede causa una g an a iación en
la ensión de en ada, como se puede ap ecia en la cu a de la Figu a 6-2. Al con a io que en el DC-Link, no
exis i án más elemen os conec ados en pa alelo, po lo que es a capacidad puede se mucho meno , lo que se
aduce como un aumen o del ancho de banda del con e ido , pe mi iendo diseña con olado es más ápidos.
Se u ilizó una capacidad de 1.2 mF, ya que es la que se dispone en el labo a o io y la que se conec a á en el
equipo eal. El modelo de Simulink u ilizado en simulación se puede ap ecia en la Figu a 6-4.
También es necesa io diseña una máquina de es ados pa a es e canal. En es e caso, no es necesa io implemen a
es ados de p eca ga, ya que es el p ime canal el que se enca ga de egula la ensión del DC-Link. Además, pa a
inicia el uncionamien o de es e canal, es necesa io que el p ime o es é uncionando. El diag ama de lujo de
es a segunda máquina de es ados es el de la Figu a 6-5, donde se han gene ado nue as señales pa a el con ol de
es e canal, al igual que se mos ó en la in e az del capí ulo 3.
Figu a 6-5. Diag ama de lujo de la máquina de es ados del segundo canal.
Po o a pa e, pa a mejo a el uncionamien o del p ime canal a la ho a de inclui el PV, se modi icó el esquema
de con ol de mane a que a la po encia de e e encia que gene a el lazo ex e no se le es a la po encia de e e encia
del segundo canal, an icipándose a las u u as a iaciones.

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57
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Figu a 6-6. Simulación en bucle ce ado de dos canales. Re e encia del PV manual.
En la simulación ep esen ada en la Figu a 6-6, el segundo canal se ac i ó en =0.35s. Además, ambas
esis encias que con o man la ca ga comenza on conec adas y en =0.65 se desconec ó una de ellas.
En la igu a supe io se puede comp oba el co ec o uncionamien o del equipo, siendo capaz de adap a la
ensión del PV en e a cambios en la e e encia con un iempo de es ablecimien o de ap oximadamen e 50 ms.
Si se obse a la po encia, se puede comp oba cómo se epa e la po encia consumida po la ca ga en ambos
canales.
6.3.2 MPPT
Una ez que ambos canales se han simulado y el con ol unciona co ec amen e, el siguien e paso es inclui un
bloque que gene e la e e encia de la ensión del PV u ilizando dis in os algo i mos MPPT. Lo p ime o que hay
que ene en cuen a pa a que es os algo i mos uncionen co ec amen e es que la ensión a la en ada del PV debe
habe alcanzado la e e encia an e io an es de ol e a ejecu a el algo i mo, de modo con a io se es a ía
mues eando un pun o dis in o al que el algo i mo había decidido. Pa a ello, se omó como iempo de mues eo
de es os algo i mos
0.125
MPPT
s
Ts=
.
Debido a que cambios en la i adiancia desplazan lige amen e la ensión de máxima po encia y puede llega a
pa ece que el algo i mo no cambia de pun o, se da á un escalón posi i o en la empe a u a, de mane a que la
ensión de máxima po encia disminuya ap oximadamen e 10 V, obse ándose cómo el algo i mo desplaza la
e e encia co ec amen e. Se u iliza á el mismo PV que en la simulación del apa ado 6.3, in oduciendo un
aumen o de 25ºC a 55ºC en la empe a u a del PV en =2.5s.
Pues a en ma cha del emulado de PV
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58
Figu a 6-7. Ejemplo de uncionamien o de algo i mo MPPT (P&O). Cambio de ca ga en =0.65s.
Simulando en p ime luga el algo i mo P&O (Figu a 6-7), se obse a cómo la e e encia de la ensión del PV
a ía cons an emen e, oscilando al ededo de los pun os de máxima po encia (48V y 138.2W an es de =2.5s y
40.69V y 122.9Wdespués). Los pun os seleccionados en la po encia co esponden a la po encia media del
pe iodo.
En la Figu a 6-8 se puede obse a una compa ación de los es algo i mos que se desc ibie on en el capí ulo 2,
jun o a la po encia mues eada po el algo i mo (po encia media), desplazada una mues a (debido a que el
algo i mo la de uel e a la ez que el cambio de e e encia). Como e a de espe a , el algo i mo P&O y
conduc ancia inc emen al oscilan en e el MPP. Aun así, es os dos algo i mos no dejan de se excesi amen e
simples y pod ían apo a un mejo esul ado añadiendo un mecanismo que a íe el inc emen o de ensión.
Figu a 6-8. Compa ación de los algo i mos P&O, incC y BNS.
Aunque el algo i mo de conduc ancia inc emen al puede pa ece que se compo a peo que el algo i mo P&O
debido a que la po encia oma un alo meno , hay que ene en cuen a que es o se debe a que el cambio de cu a
se ha dado cuando, u ilizando es e algo i mo, la ensión e a mayo que con P&O, lle ándose el pun o a un pun o
de meno po encia de la nue a cu a. Un es udio de la in luencia del alo del inc emen o de ensión en la
e e encia de es os algo i mos se ealiza á de mane a expe imen al.
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59
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Si se obse a el esul ado del algo i mo BS, el cual sí implemen a una a iación en el inc emen o de ensión, se
puede obse a que con e ge más ápido que el es o de los algo i mos y no oscila. Sin emba go, ajus a de
mane a co ec a los umb ales de po encia que se de inen en es e algo i mo es c í ico pa a op imiza su
uncionamien o. Debido a que el izado de co ien e es del mismo o den que la co ien e de máxima po encia,
es di ícil es ablece un umb al lo su icien emen e bajo como pa a que el algo i mo no con e ja en un pun o
demasiado alejado pe o lo su icien emen e ele ado como pa a que no oscile po las p opias luc uaciones de la
co ien e, que, en un sis ema eal, hab ía que suma uido de los senso es, de los ADCs, in e e encias y
acoplamien os con demás elemen os del equipo, jun o a no linealidades y e ec os no ideales.
6.4 Resul ado expe imen al
Al igual que en el capí ulo 5, as comp oba el uncionamien o del modelo del sis ema en simulación, el
siguien e paso es comp oba los esul ados expe imen ales. En p ime luga , se oma án pun os expe imen ales
de ensión y co ien e del emulado de PV pa a su compa ación con la cu a I-V in oducida. Pos e io men e se
p oba án los dis in os algo i mos MPPT pa a su compa ación en un sis ema eal.
6.4.1 Comp obación cu a I-V
Pa a la ob ención de las cu as I-V expe imen ales, se ealizó un expe imen o en el cual se comp obó al mismo
iempo el uncionamien o del con olado que egula la ensión del PV, el cual u o que ol e a se sin onizado
expe imen almen e. Es e expe imen o consis ió en un ba ido de la ensión de en ada del emulado desde una
ensión ce cana a la de ci cui o abie o. Un agmen o de es e expe imen o puede obse a se en la igu a in e io .
También se e cómo, con o me el sis ema se aleja del pun o sob e el que se linealizó pa a el diseño del PI, el
compo amien o en bucle ce ado del sis ema a ía, pudiendo alcanza la ines abilidad pa a alo es muy bajos
de ensión en el emulado ( alo es bajos del du y cycle de es e canal). Un agmen o del expe imen o ealizado
se puede obse a en la Figu a 6-9.
Figu a 6-9. F agmen o del ba ido de la ensión a la en ada del emulado de PV pa a ambas cu as
in oducidas.
Pues a en ma cha del emulado de PV
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60
Figu a 6-10. Cu a ideal (T=25 ºC) en e a cu a expe imen al.
Figu a 6-11. Cu a ideal (T=55 ºC) en e a cu a expe imen al.
A pesa de que las cu as expe imen ales y las cu as ideales no coinciden en odos sus pun os, al y como se
obse a en la Figu a 6-10 y en la Figu a 6-11, hay que ene en cuen a que, además de que puedan exis i
limi aciones del p opio equipo eal, los alo es de co ien e y ensión se han ob enido a a és de los senso es
del equipo, lo que quie e deci que exis en e o es debido a la calib ación de es os. Sin emba go, las cu as
expe imen ales ob enidas se asemejan bas an e a las ideales.
6.4.2 Algo i mos MPPT
Una ez que se conoce la cu a que es á siendo implemen ada po el emulado , ya se pueden comp oba los
algo i mos MPPT que se u iliza on en simulación, espe ando esul ados bas an es simila es.
En es e caso, pa a pode obse a con cla idad en iempo eal el uncionamien o del algo i mo, se u ilizó como
iempo de mues eo
1
MPPT
s
Ts=
. Además, el algo i mo BNS oma g andes sal os de e e encia donde puede
a da más en es abiliza se.
61
61
Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Figu a 6-12. Resul ado expe imen al de los es algo i mos MPPT. Cambio de cu a I-V en =35s
En la Figu a 6-12 se puede ap ecia cómo el esul ado ob enido po los algo i mos MPPT es muy simila al
ob enido en simulación. En la Figu a 6-13 apa ece un de alle del cambio de cu a ( =35s). Como e a de espe a ,
el algo i mo de conduc ancia inc emen al es algo más ápido que el P&O, además de man ene una oscilación
meno en o no al MPP. Ambos algo i mos son supe ados po el algo i mo BNS, ya que con e ge mucho más
ápido, e i a las sob eoscilaciones y la in eg al de la po encia du an e odo el expe imen o es no ablemen e
mayo .
La azón po la que los dos p ime os algo i mos pa ecen oscila en o no a o o pun o dis in o al que oma el
BNS es debido a que el MPP se encuen a en el pun o medio de ambos pun os y, además, la di e encia de
po encia en e ellos apenas es pe cep ible, po lo que el mismo uido de la medida puede p o oca que el
algo i mo se aya a o o pun o en el que la po encia es p ác icamen e la misma, sin e se a ec ado el endimien o
de es e.
Es impo an e comen a que los picos que apa ecen en la po encia se deben a picos en la co ien e debido al lazo
ex e no. Es o puede a egla se diseñando un con ol menos ag esi o, pe diendo en iempo en es ablecimien o y,
p obablemen e, eniendo que aumen a el iempo de mues eo del algo i mo MPPT.
Figu a 6-13. De alle del esul ado expe imen al de los es algo i mos MPPT Cambio de cu a I-V en =3.5s.

Pues a en ma cha del emulado de PV
62
62
O o expe imen o in e esan e consis e en a ia el inc emen o de ensión en alguno de los dos p ime os
algo i mos, como po ejemplo en el de conduc ancia inc emen al. Si se aumen a el alo del inc emen o, el
algo i mo alcanza el MPP más ápido, pe o la oscilación es mayo . Si se obse a la po encia en el a anque, el
algo i mo con mayo inc emen o de ensión es capaz de ex ae más po encia del equipo. Sin emba go, en el
momen o del cambio de cu a, el de meno inc emen o iene mejo endimien o, debido a que el sal o no es
excesi amen e ele ado. Además, cuando se alcanza el MPP, se puede obse a cómo la po encia ambién oscila,
pudiendo llega a se conside able si el inc emen o de ensión es demasiado ele ado.
Figu a 6-14. Compa ación del esul ado expe imen al de incC con a ios alo es de inc emen o de ensión.
63
7 EQUIPO COMPLETO
l equipo diseñado enía como obje i o ope a simul áneamen e con es canales. En los capí ulos 4, 5 y 6
se ha ido comp obando el co ec o uncionamien o de los dos p ime os canales, in eg ado
p og esi amen e cada uno de los elemen os inales que compond ían el sis ema. En es e capí ulo se
implemen a á el e ce y úl imo canal y se mos a á el esul ado inal, ealizando una se ie de expe imen os que
aliden el uncionamien o del equipo comple o.
7.1 Simulación del e ce canal
El e ce canal del equipo es á pensado como uen e auxilia del sis ema, de mane a que se pueda con ola la
co ien e gene ada o consumida po es a.
Al igual que con el es o de canales, el p ime paso consis e en simula el modelo del equipo en Simulink
( ep esen ado en la Figu a 7-1), alidando el uncionamien o de es e.
Figu a 7-1. Modelo del equipo comple o en Simulink.
En es a ocasión, simplemen e se ha de añadi la salida de un e ce con e ido en pa alelo con el DC-Link y
elimina el lazo ex e no del algo i mo de con ol, de mane a que se pueda a ia manualmen e la po encia de
e e encia del lazo in e no. A la en ada de es e con e ido , an o en simulación como en el equipo eal, se
conec a á una uen e de ensión de 50 V. Además, es necesa io añadi una e ce a máquina de es ados, cuyo
diag ama de lujo (Figu a 7-2) es simila al del segundo canal (u ilizando unas nue as señales de a anque y
pa o). Al igual que se hizo a la ho a de pone en ma cha el segundo canal, se ealiza á la sus acción de la
po encia de e e encia de es e canal a la po encia de e e encia del p ime canal, pa a an icipa se a cambios en
es a.
E
Equipo comple o
64
64
Figu a 7-2. Máquina de es ados del e ce canal.
El esul ado de simula la ope ación del p ime canal como egulado de la ensión de salida y el e ce canal con
una e e encia manual de po encia puede obse a se en la Figu a 7-3. El con ol de la po encia se ac i a en
=0.35s y se da un cambio de e e encia de 100W a 150W en =0.5s.
Figu a 7-3. Resul ado en simulación del e ce canal.
Como e a de espe a , el con ol unciona co ec amen e, ya que es e con ol se basa en el uso único del lazo
in e no y es e e a bas an e ápido. Al igual que en la sección 4.3.2, la po encia se ajus a a la e e encia en
ap oximadamen e 1 ms.
7.2 Simulación del equipo comple o
Una ez comp obado el uncionamien o en simulación del e ce canal jun o al p ime canal, es el momen o de
simula el equipo comple o en uncionamien o.
Pa a e i ica la co ec a ope ación del equipo, se es ableció un expe imen o con du ación de 10 s en el cual:
▪ Se ac i a el segundo canal en =0.35s u ilizando el algo i mo de conduc ancia inc emen al. La cu a
implemen ada es la equi alen e pa a T=25 ºC.
▪ Se ac i a el e ce canal en =3 s con una po encia de e e encia de 100 W.
▪ Se p oduce un cambio de cu a (la co espondien e a T=55ºC) del PV en =5s.
▪ Se es ablece un cambio de e e encia de la po encia del e ce canal a 150 W en =7 s.
▪ Se desac i a el e ce canal en =9s.
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Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
Figu a 7-4. Simulación de la ope ación comple a del equipo.
En la Figu a 7-4 puede obse a se cómo el equipo comple o unciona co ec amen e en simulación. La ensión
del DC-Link pe manece p ác icamen e cons an e du an e oda la ope ación y en es a ocasión la uen e del p ime
canal abso be po encia cuando la po encia gene ada po el es o de los canales es mayo a la po encia consumida
po la ca ga. En el equipo eal, es o se aduci ía como que, al gene a más po encia de la consumida, el exceso
se almacena en la ba e ía. El e ce canal es capaz de o ece la po encia es ablecida a pesa de los cambios en la
cu a del PV, cuya e e encia de ensión sigue el MPP g acias al algo i mo u ilizado.
También puede obse a se cómo en la p eca ga, la ensión del DC-Link oma un alo mayo al de la uen e
p incipal, a la ez que apa ecen unos picos de po encia (que apa ecen eco ados en la igu a) en el segundo y
en el e ce canal. Es o es debido a que el DC-Link se ca ga a a és de los diodos que se encuen an en
an ipa alelo en las pue as supe io es. Pa a soluciona es e p oblema, se ía necesa io añadi un con ac o a la
en ada de cada canal, de mane a que se aíslen cuando su ope ación no se encuen e habili ado. Sin emba go, en
el equipo eal es o solo se puede ealiza de mane a manual, ele ando el magne o é mico co espondien e.
7.3 Resul ado expe imen al
Al igual que se hizo en simulación, en p ime luga , se comp obó el uncionamien o del e ce canal de o ma
aislada, e i icando el con ol en po encia. Pa a los expe imen os que se ealiza on, se u ilizó la misma uen e
de ensión u ilizada en el capí ulo 4.
Aunque puede pa ece que la e e encia de la po encia a ía con una ampa en la Figu a 7-5, es debido a que
Con olDesk expo a es a a iable con meno ecuencia, a ándose simplemen e de la unión en e dos pun os
de dis in o alo a la ho a de ep esen a la cu a.
Anexo B: PCBs diseñadas
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In e az TTL-Fib a conec ada al con e ido :

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Diseño y pues a en ma cha de un sis ema de dis ibución de po encia pa a mic o- edes DC
In e az TTL-TCP/IP
75
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