Método MPPT sin sensor de corriente con gestión de baterías para sistema monofásico autónomo basado en FV

Energía solar más inteligente para vida fuera de la red

A medida que más viviendas, explotaciones y instalaciones remotas recurren a la energía solar, surge una gran pregunta: ¿cómo extraer la máxima electricidad de los paneles manteniendo la salud de las baterías y los costes bajos? Este artículo presenta una nueva forma de operar sistemas solares autónomos que evita parte de la complejidad habitual en hardware y medidas, pero que aun así captura casi toda la potencia disponible del sol y gestiona la carga de las baterías de manera segura.

Cómo funcionan hoy los sistemas solares autónomos

Un montaje solar pequeño típico incluye un campo de paneles, electrónica que eleva y regula la tensión de los paneles, un banco de baterías para la noche y los días nublados, y un inversor que convierte la corriente continua en la corriente alterna doméstica. Para aprovechar al máximo los paneles, una rutina de control desplaza continuamente su punto de trabajo hacia el llamado «punto óptimo» donde la potencia es máxima. Esta tarea, conocida como seguimiento del punto de máxima potencia, normalmente se basa en medir en tiempo real tanto la tensión como la corriente de los paneles. Sin embargo, sensores adicionales y su cableado aumentan el coste, introducen ruido eléctrico y complican el diseño, especialmente en sistemas pequeños fuera de la red donde el presupuesto y el espacio son limitados.

Encontrar el punto óptimo sin medir la corriente

Los autores proponen una variación de una rutina de seguimiento popular llamada «perturbar y observar». En lugar de medir tanto la tensión como la corriente, el nuevo método mide directamente solo la tensión del panel y calcula la corriente del panel de forma indirecta, usando propiedades conocidas del convertidor electrónico que se sitúa entre los paneles y el resto del sistema. Al observar cómo sube y baja la tensión en una inductancia dentro de ese convertidor durante la conmutación, el controlador puede inferir la corriente media del panel con buena precisión. Con esta corriente estimada emparejada con la tensión medida, el algoritmo puede seguir buscando el punto de máxima potencia, pero sin un sensor de corriente dedicado ni su electrónica asociada. Simulaciones y experimentos muestran que la corriente estimada se mantiene dentro de aproximadamente uno a tres por ciento del valor real, lo cual es suficiente para un control preciso.

Elevar la tensión y domar las ondulaciones

Para aprovechar al máximo este enfoque sin sensores, el sistema utiliza un convertidor elevador «intercalado» especial que combina dos etapas de conmutación funcionando desfasadas entre sí. En conjunto elevan la tensión, a menudo baja y variable del panel, hasta un nivel mucho más alto y casi constante apto como bus de corriente continua compartido. Este diseño duplica aproximadamente la ganancia de tensión utilizable respecto a un elevador simple de etapa única y suaviza las fluctuaciones de corriente solapando las formas de onda de cada rama. En la práctica, eso significa menor estrés eléctrico, filtros más pequeños y una operación más estable, todo lo cual ayuda a que el algoritmo de seguimiento responda rápido ante cambios de radiación sin afectar al resto del sistema.

Mantener la batería en su zona de confort

Más allá del control de los paneles, el trabajo también integra una estrategia de gestión de baterías para que el mismo sistema pueda decidir automáticamente cuándo cargar, descargar o dejar en reposo al banco de baterías. Un convertidor bidireccional separado proporciona aislamiento eléctrico y puede mover potencia en cualquiera de las direcciones entre el bus de alta tensión y un conjunto de baterías de menor tensión. El controlador compara constantemente cuánta potencia podrían entregar los paneles en su punto óptimo con cuánta necesitan actualmente las cargas. Cuando la energía solar excede la demanda y la batería no está llena, el excedente se dirige al modo de carga; cuando la demanda supera lo que el sol puede proporcionar, el convertidor pasa a modo elevador y la batería ayuda a soportar la carga. Seis escenarios de operación cubren todo, desde carga en días soleados hasta suministro nocturno e incluso apagado seguro cuando ni los paneles ni la batería pueden sostener la carga.

Rendimiento en el mundo real y por qué importa

Modelos por ordenador y pruebas de laboratorio con unos pocos cientos de vatios de paneles y baterías muestran que el nuevo esquema de control mantiene el bus principal de corriente continua casi constante mientras sigue cambios rápidos en la radiación. Tras un cambio escalón en el nivel de luz, el sistema se estabiliza en el nuevo punto de máxima potencia en aproximadamente 50 a 100 milisegundos, más rápido que muchos enfoques estándar, y con solo pequeñas ondulaciones de potencia alrededor del óptimo. Las eficiencias medidas alcanzan alrededor del 96 por ciento para la etapa elevadora de tensión y 94 por ciento para el inversor, mientras que la eficiencia general del seguimiento se estima cerca del 99,4 por ciento. Para un lector no especializado, la conclusión es que este diseño puede entregar casi todos los vatios útiles que los paneles pueden producir, con calidad de energía limpia y baterías bien comportadas, pero con hardware más simple y barato. Esa combinación lo hace una opción atractiva para instalaciones solares fuera de la red sensibles al coste, donde la fiabilidad y la eficiencia son prioritarias.

Cita: Genc, N., Uzmus, H., Kalimbetova, Z. et al. Current sensorless MPPT method with battery management for PV based single phase standalone system. Sci Rep 16, 9107 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40097-2

Palabras clave: energía solar, energía fuera de la red, almacenamiento en baterías, electrónica de potencia, seguimiento del punto de máxima potencia