El sistema coordinado de control de energía con almacenamiento en baterías de litio para instalaciones fotovoltaicas se divide en dos bloques principales. El bloque izquierdo controla la etapa elevadora (Boost) del panel solar. Se emplea el método de perturbar y observar (P&O) para el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT). El entorno de simulación permite modificar la irradiancia y la temperatura para modelar transiciones en las condiciones de operación.

El bloque derecho gestiona el convertidor bidireccional Buck-Boost de la batería de litio. Su estrategia de control utiliza un lazo externo de tensión y un lazo interno de corriente. Al estabilizar la tensión de carga en el valor de referencia de 48V, el sistema regula la corriente para la carga y descarga de la batería, logrando una compensación coordinada de la potencia. En la simulación, se evalúan dos escenarios operativso:

1. Cuando la irradiancia disminuye, la potencia entregada por el panel solar es insuficiente para la carga. La batería entra en modo descarga para suplir el déficit de potencia.
2. Cuando la irradiancia aumenta, la potencia del panel solar excede la demanda de la carga. El excedente de energía se almacena en la batería en modo carga.

El núcleo del control de la etapa Boost reside en el algoritmo MPPT de P&O. Este ciclo se ejecuta periódicamente, realizando pequeños ajustes en el ciclo de trabajo del convertidor para maximizar la potencia extraída del panel.

% Núcleo del algoritmo P&O
potencia_actual = tension_pv * corriente_pv;
if (potencia_actual > potencia_anterior)
    if (ciclo_trabajo > ciclo_trabajo_anterior)
        paso = 0.005;
    else
        paso = -0.005;
    end
else
    paso = -paso;
end
ciclo_trabajo = ciclo_trabajo + paso;

Esta implementación considera un paso de ajuste de 0.005, un valor de compromiso entre velocidad de seguimiento y estabilidad. La comparación directa de potencias evita operaciones de división problemáticas. El intervalo de ejecución del bucle debe sincronizarse con la dinámica del circuito de potencia.

El convertidor bidireccional Buck-Boost de la batería opera en dos modos. Actúa como reductor (Buck) durante la carga y como elevador (Boost) durante la descarga. El control de doble lazo garantiza la estabilidad. El regulador PI del lazo de tensión genera la referencia de corriente para el lazo interno. El controlador de corriente, también de tipo PI, ajusta el ciclo de trabajo para que la corriente siga esta referencia.

def lazo_tension(tension_ref, tension_real):
    error = tension_ref - tension_real
    integral_tension += error * dt
    corriente_ref = Kp_t * error + Ki_t * integral_tension
    return corriente_ref

def lazo_corriente(corriente_ref, corriente_real):
    error = corriente_ref - corriente_real
    integral_corriente += error * dt
    ciclo_trabajo = Kp_c * error + Ki_c * integral_corriente
    return ciclo_trabajo

La sintonía de los parámetros PI comienza con el lazo de corriente, buscando un tiempo de respuesta rápido (del orden de milisegundos). Posteriormente, se ajusta el lazo de tensión para una respuesta estable. Un valor típico para la ganancia proporcional de corriente (Kp_c) es 0.5, con un tiempo integral que asegure una buena precisión sin pérdida de estabilidad.

Una transición típica simulada es la caída súbita de irradiancia de 1000 W/m² a 500 W/m². La potencia del panel se reduce drásticamente, y la batería conmuta al modo Boost para mantener la tensión de carga. Los resultados muestran una variación de tensión inferior a 0.5V y un tiempo de respuesta aproximado de 20 ms.

El proceso inverso ocurre cuando la irradiancia aumenta. La potencia excedente se dirige a cargar la batería. Es crucial limitar la corriente de carga para respetar las especificaciones del ciclo C de la batería. Durante la fase de carga constante (del 20% al 80% de capacidad), se pueden obtener eficiencias superiores al 92%.

La estrategia de coordinación de potencia se basa en el balance continuo: P_bateria = P_carga - P_panel_solar. Un resultado positivo indica descarga, negativo indica carga. En la práctica, se aplica un filtro paso bajo al cálculo de la potencia del panel para evitar conmutaciones rápidas del modo de operación de la batería debido a fluctuaciones transitorias de la irradiancia.

Un punto crítico es la conmutación de modo del convertidor Buck-Boost, que puede generar picos de corriente. Se mitiga insertando un tiempo muerto (dead-time) de unos 10 microsegundos en los pulsos de conmutación, manteniendo la continuidad del término integral del controlador de corriente. Esto permite contener el sobrevoltaje transitorio por debajo del 2%.