148
Conclusioni
Nei sistemi fotovoltaici, l’efficienza energetica di una cella, pari al massimo al 20%, è inferiore ad altri sistemi di conversione, perciò e’ di particolare importanza minimizzare le perdite dell’elettronica dedicata alla conversione stessa dell’energia luminosa in elettrica.
Il presente lavoro di tesi ha avuto come obiettivo l’analisi dell’efficienza energetica di diverse architetture fotovoltaiche al fine di realizzare un battery charger per sistemi fotovoltaici isolati.
Partendo dal confronto tra due DC/DC converter boost interleaved per applicazioni fotovoltaiche, sono state analizzate le differenti prestazioni che presentano due sistemi basati su diverse filosofie di progetto, ossia un approccio integrato completamente full-custom (SPV1020) e l’altro a componenti discreti facente uso di un micro (STM8).
Sebbene ci si aspettasse che l’approccio integrato sarebbe stato superiore in termini di efficienza di sistema, lo stesso non si poteva predire per la precisione di calcolo dell’MPP.
L’SPV1020 ha invece dimostrato una netta superiorità in termini di efficienza di sistema, efficienza energetica e di precisione dell’algoritmo di calcolo MPPT rispetto all’STM8.
Quindi, una volta compresa la filosofia progettuale che porta i migliori risultati in termini di minimizzazione delle perdite, si è proseguito prendendo in considerazione, il solo SPV1020.
Il passo successivo è stato quello di scegliere l’architettura circuitale in grado di far funzionare il convertitore SPV1020 massimizzandone l’efficienza di sistema e di MPPT, in funzione del tipo di applicazione desiderata.
149
Si è messo in luce come, per realizzare sistemi con alti rapporti di conversione, quali i tetti fotovoltaici, l’architettura migliore è risultata la distribuita serie, ossia un SPV1020 per ogni pannello, collegando in serie le varie uscite degli stessi per raggiungere la tensione necessaria ad uno stadio d’ingresso di un inverter.
Per realizzare invece sistemi con rapporti di conversione più bassi, come le street light o le solar lantern, l’architettura migliore è risultata la distribuita parallela, ossia un SPV1020 per ogni pannello, collegando in parallelo le varie uscite.
Infine è stato progettato un meccanismo di limitazione della corrente in uscita dall’SPV1020, orientato a realizzare un battery charger per batterie al piombo acido, tipiche dei sistemi fotovoltaici isolati.
Osservando la curva di carica di una batteria al piombo si nota infatti come limitando semplicemente la corrente in ingresso alla batteria si possa sostanzialmente caricare la stessa, senza ricorrere a sistemi di feedback.
Questa era l’unica soluzione possibile per l’SPV1020, il quale realizza un controllo in feed forward, orientato alla regolazione del duty cycle per ottenere il calcolo dell’MPP del pannello.
Tale battery charger è stato progettato cercando di massimizzare la semplicità circuitale, per minimizzarne i costi, essendo che dovrà essere inserito in un’architettura distribuita, e contemporaneamente non dovrà presentare grandi perdite di potenza.
Il battery charger fa, infatti, uso di un solo ulteriore circuito integrato (SEA05), dove l’unica perdita di potenza che si ha nella resistenza di sensing, non compromette più di tanto l’efficienza del sistema.
Il passo conclusivo è stato la progettazione e la realizzazione fisica del battery charger.
150
Dai test effettuati con una batteria al piombo VRLA si è dimostrato il funzionamento del circuito nel limitare il duty cycle e quindi la corrente di carica della batteria, e la curva di carica corrente/tensione conferma tale funzionamento.
