Metodología para comparar tecnologías solares fotovoltaicas considerando el desempeño eléctrico en condiciones de exterior

Abstract

RESUMEN : Este trabajo presenta los resultados de investigación sobre el desempeño de paneles fotovoltaicos en condiciones reales de operación. En una primera etapa se propuso una metodología para el dimensionamiento del capacitor involucrado en el prototipo electrónico para trazar la curva I-V de dispositivos fotovoltaicos. Esta metodología permitió mitigar la obtención de curvas incompletas al considerar la dinámica del capacitor, relés del trazador y sus características, así como del panel en evaluación según el rango objetivo de irradiancia definido. La metodología fue validada con paneles comerciales de diferentes tecnologías mediante curvas I-V simuladas con el programa OpenModelica y curvas I-V obtenidas experimentalmente que consideraron variaciones de irradiancia y temperatura. Los datos experimentales fueron obtenidos en las instalaciones de la Sede de Investigación Universitaria de la Universidad de Antioquia en la ciudad de Medellín, Colombia. Estos registros permitieron validar los rangos teóricos de operación del trazador en función de la irradiancia y capacitancia. Las curvas I-V experimentales fueron el insumo para la segunda etapa del proyecto, la cual consistió en la implementación de una metodología computacional para la estimación del desempeño eléctrico de los paneles. En este sentido, se propuso la metodología de la traslación de curvas I-V para estimar el desempeño del panel en una condición especifica de irradiancia y temperatura a partir de tres curvas medidas a diferentes condiciones atmosféricas considerando la norma IEC 60891. Este procedimiento se hizo de manera extensiva y fue validado considerando registros de medición cada minuto. La técnica de traslación permitió calcular los coeficientes de temperatura de los paneles fotovoltaicos evaluados y verificar los valores dados por los fabricantes en las hojas de datos. Luego, utilizando el método de traslación propuesto, se realizó la estimación y comparación del desempeño eléctrico de cinco paneles fotovoltaicos que fueron evaluados durante aproximadamente 10 meses. Por último, se propone una metodología para la estimación de la resistencia serie de paneles fotovoltaicos a partir de curvas I-V, utilizando como insumo la técnica de traslación y la metodología de Suns Voc. Las técnicas de traslación y resistencia serie pueden ser utilizadas para calcular la degradación de los dispositivos.

ABSTRACT : This work presents the research results on the performance of photovoltaic panels under real operating conditions. In the first stage, a methodology was proposed for sizing the capacitor involved in the electronic prototype for tracing the I-V curve of photovoltaic devices. This methodology allowed mitigating the obtaining of incomplete curves by considering the dynamics of the capacitor, tracer relays and their characteristics, as well as the panel under evaluation and according to the defined irradiance range objective. The methodology was validated with commercial panels of different technologies by I-V curves simulated with the OpenModelica program and real I-V curves that considered variations of irradiance and temperature. Real information was obtained at the Sede de Investigación Universitaria of the Universidad de Antioquia in Medellin, Colombia. These records allowed validating the theoretical operating ranges of the tracer based on irradiance and capacitance. The real I-V curves were the input for the second stage of the project, which consisted of the implementation of a computational methodology for the estimation of the panel’s electrical performance. In this sense, the I-V curve translation methodology was proposed to estimate the panel performance in a specific condition of irradiance and temperature from three measured curves at different atmospheric conditions based on the IEC 60891 standard. This procedure was done extensively and validated considering measurement records every minute. The translation technique allowed the calculation of the temperature coefficients of the evaluated photovoltaic panels and to verify the values given by the manufacturers in the data sheets. Then, using the proposed translation method, the electrical performance estimation and comparison of five photovoltaic panels were carried out, which were evaluated for approximately 10 months. Finally, a methodology is proposed for the estimation of the series resistance of photovoltaic panels from I-V curves, using the translation technique and the Suns Voc methodology as inputs. The translation and series resistance techniques can be used to observe the performance evolution over time and thus calculate the degradation of the devices.