Eficiencia conversor de corriente continua

[shdgrao]

Hola a todos,

Estoy haciendo un pequeño proyecto de electrónica para aprender un poco, pero hay una duda que no soy capaz a resolver. Tengo que decir, que soy informático y mi formación en electrónica es superbásica.

Resumiendo: tengo tres pequeños paneles solares (8V y 0.33 Amperios cada uno). La idea es conectar los tres y utilizar un convertidor de corriente continua para poder cargar dispositivos por USB. Como mis conocimientos son muy limitados, me he comprado un convertidor directamente en ebay con las siguientes características:

5V USB output DC 7V-24V to 5V 3A Step Down Buck KIS3R33S Module
Specifications:
Input voltage: DC 7- 24V
Output voltage: DC 5V
Output current: 3A (max)
Conversion efficiency: 96% (MAX)
Switching frequency: 340KHz
Output ripple: 30mV (max)
Load regulation: ± 0.5%
Voltage regulation: ± 2.5%
Operating Temperature: -40 ℃to +85 ℃
Size: 6.2 x 2.1 x 1 cm
Net weight:14 g
Package weight:24 g


El problema que tengo es que obtengo una eficiencia en la conversión ridícula. Por ejemplo, conectando los paneles en paralelo, obtengo de las tres placas 8V y 0.45 Amperios (no había mucho sol). Una vez pasado por el convertidor anterior, obtengo en la salida del USB unos 5V pero únicamente 0.15 Amperios...

Pensando que el problema es que tenía un voltaje de entrada muy bajo, he conectado las placas en serie. En este experimento obtuve de salida de las placas unos 24V y 0.16 Amperios (tampoco había mucho sol). En este caso obtengo en el USB una salida de aproximadamente 5V y unos 0.18Amperios...

La eficiencia del aparato que me han vendido en ebay dice que es del 96%. Evidentemente yo aquí no estoy llegando ni al 25% de eficiencia. Mi preguntas son:

1) ¿Me han estafado con lo que he comprado en ebay?
2) ¿Los datos que obtengo son normales y es que estoy haciendo algo incorrectamente?
3) En el caso de que me hayan estafado, ¿que podría comprar para hacer la conversión y aprovechar al máximo mis paneles solares?

Muchísimas gracias!

 

[nasaserna]

Ante todo Buenos días.

Bienvenido al Foro.


Oficialmente no te han estafado, te hablan de un 96%(MAX), obvio máximo, no contínuo, en un caso exageradamente ideal. lo que te han vendido no es mas que un regulador, el cual siempre tendrá una pérdida ya que tiene su propio consumo.
https://www.google.com.co/search?q=...07-module-KIS-3R33S%2F585100135.html;1000;589



Como puedes ver, este aparato que compraste está basado en un regulador sincrónico el MP2307

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/189147/MPS/MP2307.html

A mayor voltaje de entrada hay mayor pérdida de la eficiencia debido al consumo. Como todo regulador. para mejorar la eficiencia el voltaje de salida debe ser lo mas cercano posible al voltaje de entrada teniendo en cuenta un margen fijado por cada fabricante. un regulador simple como el LM7805, es mas eficiente si le pones 7 u 8 V en la entrada que si le pones 20v, funcionará en ambos casos, pero la pérdida de energía la verás en la forma de calentarse sin ni siquiera ponerle carga.

En el caso de este regulador te recomiendan para una mayor eficiencia unos 3V de entrada superior al voltaje de salida. y su voltaje máximo de alimentación en el margen de seguridad es de 23V, en tu caso lo mejor sería colocar las celdas en paralelo.

Suerte , un abrazo

 

[Daniel Lopes]

Hola a todos , a titulo de información las celdas solares son en realidad generadores de corriente , asi quando no hay consumo tenemos el la salida la maxima tensión disponible y quando tenemos la salida de la celda en corto circuito tenemos la maxima corriente que el puede fornir.
La intensidad de la corriente depende directamente de la luminosidad aplicada a la celda en queston.
Lo correcto es la celda solar cargar un banco de baterias por intermedio de un cargador especifico y ese banco fornir la tensión para lo conversor DC/DC en queston.
!Fuerte abrazo!
Att.
Daniel Lopes.

 

[nasaserna]

Tienes toda la razón Daniel

pero en el caso del compañero, el uso que le va a tener y el tamaño de las celdas genera un problema para cargar un banco de baterías robusto, hablamos de unos pocos mA



Eso si debes implementar un detector de voltaje, que en caso de que baje de los 5V interrumpa el paso de la corriente para evitar daños en los equipos USB

 

[chclau]

El convertidor es switching, asi que no vale comparar con lo que hace un convertidor lineal.

96% me parece un poco optimista pero lo que vos medis es ridiculo. La corriente que medis a la salida del USB, como la medis? La misma pregunta, pero para las salidas de los paneles.

 

[Daniel Lopes]

Generalmente los conversores DC/DC apresentan lo mejor rendimento possible quando andan proximo a maxima potenzia en que fueran proyectados.
Att.
Daniel Lopes.

 

[cristian_elect]

Los convertidores síncronos son menos eficientes a poca corriente a mayor consumo la eficiencia mejora, los que no son síncronos son más eficientes a poca corriente pero hay que tener en cuenta el consumo del circuito regulador.

Ya esto lo vi provando varias fuentes que arme.

 

[shdgrao]

Pues las mediciones de corriente, las hice con unos cables que tengo preparados para poder meter en serie un multímetro. En el primer caso, me pongo en serie antes de la entrada del conversor dc/dc, y en el segundo caso, me pongo en serie después de la salida del usb del convertidor...

Los voltajes de las placas los mido directamente con el circuito abierto... no se si esto es correcto. La verdad que el voltaje que me dan las mediciones son más altos que las especificaciones de la placa (yo mido unos 8V y en realidad me las vendieron como placas de 6V).

De todas maneras, la eficiencia que obtengo es muy baja. A mi me extraña muchísimo esto porque no se donde se está escapando la energía. Cuando conecto el móvil aparece como está cargando, lo que pasa que va muy muy despacio (lógico por la poca corriente que está llegando). Y no se oye ni ruido, ni se genera mucho calor, ni nada...

Realmente no tengo muy claro que probar... aunque tengo bastante claro que por simple que parezca el tema, en algún lado tengo que estar metiendo la pata (a no ser que la pieza que me han vendido en ebay esté siendo el problema).

Saludos y gracias por los mensajes!

 

[Gudino Roberto duberlin]

Amigo, bueno, la tensión en las placas debes medirla cuando están sometidas bajo carga. Ya que en vacío ese valor será mayor.

 

[shdgrao]

Una cosa nueva que he aprendido!

Ahora he encontrado el posible problema de mi baja eficiencia. Lo que no entiendo para nada es su causa ni tengo ni idea de la solución.

Resulta que me he puesto a medir más cuidadosamente los voltajes, con el circuito funcionando (las placas al sol, conectadas al conversor dc/dc, y la salida de este, conectada a un móvil).

Resulta que el voltaje que mido en la entrada del conversor dc/dc debería de andar por los 18V (3 placas de 6V conectadas en serie). Pues bien, obtengo que el voltaje es de esos 18V durante aproximadamente medio segundo , y luego baja a 4,5V... Está así 4 o 5 segundos y vuelve a subir a 18V otro medio segundo (y así cíclicamente)... Ahora entiendo que mi móvil apenas esté cargando.

La pregunta es, ¿alguien tiene alguna pista de por qué se producen estos bajones en el voltaje de entrada?

Saludos!

 

[jcristhian_1]

mmm dadas las características i-v del panel quizá sea necesario que incluyas un capacitor a la entrada del dc-dc, por probar podría ser uno de 470uF/ 35V, si lo pruebas, nos cuentas como te fue.

 

[Daniel Lopes]

Una cosa nueva que he aprendido!

Ahora he encontrado el posible problema de mi baja eficiencia. Lo que no entiendo para nada es su causa ni tengo ni idea de la solución.

Resulta que me he puesto a medir más cuidadosamente los voltajes, con el circuito funcionando (las placas al sol, conectadas al conversor dc/dc, y la salida de este, conectada a un móvil).

Resulta que el voltaje que mido en la entrada del conversor dc/dc debería de andar por los 18V (3 placas de 6V conectadas en serie). Pues bien, obtengo que el voltaje es de esos 18V durante aproximadamente medio segundo , y luego baja a 4,5V... Está así 4 o 5 segundos y vuelve a subir a 18V otro medio segundo (y así cíclicamente)... Ahora entiendo que mi móvil apenas esté cargando.

La pregunta es, ¿alguien tiene alguna pista de por qué se producen estos bajones en el voltaje de entrada?

Saludos!

Como yo ja aclare en lo post #6 las celdas solares son fuentes de corriente entonses la tensión de salida canbia conforme la corriente fornida , portanto quando lo móbil consome corriente hay la baja de tensión y quando lo móbil no consome corriente la tensión de la celda sobe.
Lo porque de canbios de corriente consumida por lo móbil iso yo no se que se passa , pero puede sener una operación normal del .
Att.
Daniel Lopes.

 

[nasaserna]

dependiendo del móvil es tambien la corriente de carga no puedes cargar un móvil como un smartphone que requiere 600 1000mA, de la misma forma que un nokia 1100 que se carga con 150mA, puede ser, que tu móvil requiera mucha mas corriente que el que suministren las celdas juntas, ahí lo de menos es el regulador o el conversor DC-DCD que uses, si las celdas no te dan suficiente corriente perdimos el año

 

[Daniel Lopes]

Para mi lo mas correcto es una pequeña bateria en paralelo con la celda solar de modo "regular la tensión " antes de atacar lo conversor DC/DC.
Seguramente ese conversor DC/DC si vuelve loco con lo modo en que es alimentado por la celda solar ( fuente de corriente)
Att.
Daniel Lopes.

 

[cristian_elect]

Tengo paneles solares, en su hoja de datos la de 10W dice que a 17.5V se llega a esa potencia con buen sol.
Sin carga el panel llega a 22V, a 17.5V tengo una corriente de 0.57Amp, si le pongo a cargar una batería de 12V me da 14V a 0.6Amp, si le pongo una batería de 6V me da 7.2V a 0.62Amp eso en forma directa, así que hay que poner capacitores al panel y ajustar la corriente de salida del convertidor para que la entrada este lo más cerca de 17.5V o la tensión que diga su hoja de datos que da toda su potencia del panel.

 

[shdgrao]

Genial, otra cosa que he aprendido!

Según lo que entiendo, el condensador es capaz de almacenar una cantidad determinada de energía y de esta manera, estabilizar el voltaje que entra en el convertidor dc/dc. Ahora es donde entra en juego mi total desconocimiento de electrónica. Según he leído, tengo que usar un condensador de un voltaje superior al de mi fuente de alimentación (en este caso los paneles). Mis paneles dan 18V según los tengo conectados así que con un condensador de 25 o 30 V tendría suficiente. Lo que no tengo ni idea es como elegir los faradios del condensador. Mis paneles dan una corriente máxima de 330mA. ¿Cómo se que condensador elegir en este caso? Y por último, he visto que hay varios tipos de condensador (cerámicos, electrolíticos, de disco... etc) , ¿da igual de que tipo lo elija? Necesitaría a poder ser que no fuese muy grande para integrarlo bien en mi proyecto.

Saludos!

 

[Daniel Lopes]

Yo sinseramente no creo que un capacitor electrolitico mismo que de mui elevada capacitancia solva ese problema , para mi lo mejor es una pequeña bateria o un banco de pilas recarregables en serie .
Att.
Daniel Lopes.

 

[Nilfred]

Hay varias cuestiones:
Como bien dijo Daniel Lopes el panel es una fuente de corriente no de tensión.

De sus características I-V nos interesa solo la tensión del MPP, ponele que sean los 6 V que comentabas.

La fuente Buck tiene la característica de tener una entrada discontinua y una salida continua. Así que, la proporción entre 5 V y 8 V (3/8) se genera por el panel, pero el convertidor no la usa y se termina disipando en calor en el propio panel solar.
Lo peor es que la corriente pico de entrada es exactamente el doble que la de salida. Así que, de los 0.45 A que dispones de los paneles, solo percibís la mitad.
En definitiva, una fuente Buck no sirve para conectar directamente a un panel solar. Puristas dirán que solo es ineficiente.

¿Que sirve?:

Una fuente Boost puede llegar a tener una entrada muy continua, según como se diseñe. El feedback se conecta a la entrada para mantener 16 VMPP (6 V en tu caso) la salida se deja boyando.
Podes usarla con un panel de tensión menor a la requerida, o conectar una fuente Buck a la salida de la Boost.

Fuente Buck-Boost, trabajando en modo Boost

Fuente SEPIC.

PWM: Abre el circuito si algo sobra. Se disipa en calor sobre el panel la potencia no consumida.

Fuente shunt: Muy simple: Pone el panel en corto si algo sobra. Transfiere el calor del panel al shunt.

Sin nombre: Conectas directo. Funciona porque la carga de la celda de Li-ion se hace a corriente constante y justamente es lo que el panel hace. La tensión del panel baja a 4.2 V mientras carga y sube a 8 V cuando termina de cargar.

¿El método mas eficiente?
MPPT

 

[shdgrao]

Hola,

He probado a conectar un condensador de 470uF y 35V y no observo ninguna diferencia a lo que tenía antes... En cuanto conecto el móvil el voltaje baja de los 18V de los paneles a unos 5V. He probado con otro de mayor capacidad (por probar), esta vez uno de 1000uF y 25V y observo lo mismo. No tengo muy claro si lo he conectado bien. Os mando un esquema de como lo tengo ahora.

Por otra parte, agradezco la respuesta #18... parece muy completa. Desgraciadamente, estoy en un nivel mucho más bajo y no me entero de la mitad de las cosas . Tengo que ir probando cosillas más básicas. Gracias de todas maneras para ir aprendiendo!

El esquema:

https://dl.dropboxusercontent.com/u/21788862/conexion.png

 

[Daniel Lopes]

Hola,

He probado a conectar un condensador de 470uF y 35V y no observo ninguna diferencia a lo que tenía antes... En cuanto conecto el móvil el voltaje baja de los 18V de los paneles a unos 5V. He probado con otro de mayor capacidad (por probar), esta vez uno de 1000uF y 25V y observo lo mismo. No tengo muy claro si lo he conectado bien. Os mando un esquema de como lo tengo ahora.

Por otra parte, agradezco la respuesta #18... parece muy completa. Desgraciadamente, estoy en un nivel mucho más bajo y no me entero de la mitad de las cosas . Tengo que ir probando cosillas más básicas. Gracias de todas maneras para ir aprendiendo!

El esquema:

https://dl.dropboxusercontent.com/u/21788862/conexion.png

Hola caro shdgrao tente canbiar lo capacitor electrolitico por una serie de pilas de nickel-cadmio que corresponda a la tensión deseada ( quatro pilas) y despues comente aca los resultados.
!Fuerte abrazo!
Att.
Daniel Lopes.