Diseño de circuito electrónico para la alimentación energética de un sistema de monitoreo remoto en un sistema fotovoltaico

Abstract

En este informe se presenta el proyecto de tesis diseñado para obtener el título de Licenciatura en Ingeniería Electrónica en el Tecnológico de Costa Rica. El foco de este proyecto recae en el desarrollo de una fuente de alimentación destinada a un sistema de monitoreo y análisis de variables eléctricas en paneles solares ubicados en el laboratorio SESLab de la institución. La investigación realizada para este propósito se centra en la búsqueda de un diseño de fuente de alimentación que se ajuste a las necesidades del sistema de monitoreo, garantizando una alimentación adecuada y evitando los problemas eléctricos previamente identificados. El problema a abordar se encuentra en la versión inicial del diseño del sistema de monitoreo, donde la conexión a tierra entre las fuentes de alimentación de los amplificadores utilizados para las mediciones de corriente estaba compartida. Este inconveniente provocaba cortocircuitos al intentar realizar mediciones entre las cadenas de los paneles fotovoltaicos en el laboratorio SESLab, ya que estas cadenas no estaban referenciadas al mismo nivel. Para resolver esta problemática, se llevó a cabo una investigación sobre fuentes de alimentación conmutadas, centrándose específicamente en las de múltiples salidas con topología de convertidores Flyback. A lo largo del proyecto, se realizaron tres iteraciones del diseño para ajustes relacionados con la selección apropiada de transformadores, controladores, diodos y resistencias. Estas iteraciones se llevaron a cabo con el objetivo de verificar el correcto funcionamiento del diseño y su adaptabilidad a las necesidades del proyecto. Finalmente, se lograron los objetivos propuestos, culminando en el diseño y construcción exitosos de una fuente de alimentación conmutada aislada. Esta fuente logra alimentar el sistema de monitoreo de manera eficiente, con una eficiencia que varía entre el 40 % y el 70 %.

This report presents the graduation project developed to obtain a Bachelor’s degree in Electronic Engineering at the Technological Institute of Costa Rica. The project focuses on the development of a power supply for a monitoring and analysis system of electrical variables in solar panels located in the SESLab laboratory of the institution. The research conducted for this purpose revolves around finding a suitable power supply design that meets the needs of the monitoring system, ensuring proper equipment power and addressing electrical issues identified in the past. The problem to be addressed lies in the initial version of the monitoring system design, where the ground connection between the power supplies of the amplifiers used for current measurements was shared. This issue caused short circuits when attempting measurements between the chains of photovoltaic panels in the SESLab laboratory, as these chains were not referenced at the same level. To solve this problem, research was conducted on switched-mode power supplies, specifically those with multiple outputs using Flyback converter topology. Throughout the project, three iterations of the design were carried out to make adjustments related to the proper selection of transformers, controllers, diodes, and resistors. These iterations were conducted to verify that the design worked correctly and adapted to the project’s needs. Finally, the project’s objectives were achieved, resulting in the successful design and construction of an isolated switched-mode power supply. This power supply effectively powers the monitoring system, with an efficiency ranging from 40 % to 70 %.