Controlador MPPT con monitoreo IoT para banco fotovoltaico didáctico replicable en zonas rurales

Abstract

Este trabajo presenta un controlador de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para la etapa de carga del banco fotovoltaico didáctico de la Universitaria Tecnológica de Santander. Usa el algoritmo Perturba y Observa sobre un ESP32 y un convertidor DC-DC SEPIC, con supervisión por Wi-Fi desde un teléfono. Los objetivos fueron diseñar el convertidor mediante simulación, ensamblarlo en una PCB con el algoritmo operativo en tiempo real y evaluar su desempeño frente a la conexión directa entre el panel y la batería. La metodología fue experimental y cuantitativa. Se caracterizó y modeló el panel, se simuló el sistema en Proteus, se construyó el prototipo y se midió en banco y con el panel en distintos horarios del día. La simulación del Buck-Boost previsto mostró su salida de polaridad invertida, por lo cual se adoptó la topología SEPIC. En simulación, el algoritmo extrajo más del 99,5 % de la potencia máxima del panel en cuatro niveles de irradiancia, el convertidor tuvo una eficiencia cercana al 92 % y la energía diaria entregada a una batería en carga fue 56,5 % mayor que con la conexión directa. En el prototipo, el análisis de pérdidas reveló una resistencia serie excesiva en los primeros inductores, que se reemplazaron. Con la tarjeta definitiva, el algoritmo operó estable sobre el punto de máxima potencia, con monitoreo en tiempo real. En banco, la eficiencia fue de 87,3 % a 0,81 W y de 78,2 % a 13,15 W. A partir de las mediciones realizadas con el panel y de la eficiencia medida del prototipo, se estimó una ganancia diaria de 37,5 % frente a la conexión directa simulada, antes de descontar el consumo propio del controlador Se concluye que el SEPIC facilita la medición directa de la eficiencia del convertidor, que la ventaja del seguimiento aumenta cuando la tensión de la batería se aleja de la de máxima potencia del panel y que el prototipo sirve como plataforma de bajo costo para la formación práctica en energía fotovoltaica.