MÉTODO PROPUESTO PARA LA TRASLACIÓN DE LA CURVA I-V DE UN MÓDULO FOTOVOLTAICO

MEDIDA BAJO CONDICIONES REALES DE OPERACIÓN A DIVERSAS CONDICIONES DE

FUNCIONAMIENTO

Lic. Víctor Luis Nakama Martínez

Universidad Nacional de Ingeniería

OBJETIVO

• Presentar un método matemático capaz de realizar la traslación de la curva IV de un módulo fotovoltaico a ciertas condiciones deseadas de irradiancia y temperatura en base a mediciones realizadas bajo sol real.

CURVA IV

CÉLULA SOLAR IDEAL

𝐼 = 𝐼𝑓 − 𝐼𝑠 𝑒𝑥𝑝𝑞𝑉

𝑚𝐾𝑇− 1

CÉLULA SOLAR REAL

𝐼 = 𝐼𝑠𝑐 − 𝐼𝑆 𝑒𝑥𝑝𝑞 𝑉 + 𝐼𝑅𝑆

𝑚𝐾𝑇− 1 −

𝑉 + 𝐼𝑅𝑆

𝑅𝑝

CÁLCULO DE 𝐼𝑠

𝐼𝑠 =𝐼𝑠𝑐

𝑒𝑥𝑝𝑞 ∙ 𝑉𝑜𝑐𝑚𝐾𝑇

− 1

𝐼 = 𝐼𝑓 − 𝐼𝑠 𝑒𝑥𝑝𝑞𝑉

𝑚𝐾𝑇− 1

𝐼𝑓 ≈ 𝐼𝑠𝑐

CURVA IV SIN RESISTENCIA

𝛼

𝛽

𝛾

𝛿

𝑅𝑆 = −𝐶𝑡𝑔(𝛼)

𝑅𝑠𝑖 =𝑚𝐾𝑇

𝑞 ∙ 𝐼𝑓

𝜃

𝑅𝑝𝑖 = 𝑅𝑠𝑖 ∙ 𝑒𝑥𝑝𝑞 ∙ 𝑉𝑜𝑐

𝑚𝐾𝑇

𝑅𝑝 = −𝐶𝑡𝑔(𝛼′)

CURVA SIN RESISTENCIA

CÁLCULO DE 𝑚

𝑚 =𝑃𝑚𝑥 − (2𝑃𝑚𝑥_1 − 𝑃𝑚𝑥_2)

(𝑃𝑚𝑥_2 − 𝑃𝑚𝑥_1)

CÁLCULO DE 𝑚

CÁLCULO DE 𝐼𝑠𝑐 Y 𝑉𝑜𝑐

CÁLCULO DE 𝐼𝑝𝑚𝑥 Y 𝑅𝑠

CÁLCULO DE 𝑉𝑝𝑚𝑥 Y 𝑅𝑝

MÓDULOS UTILIZADOS

Módulo Fabricante Tecnología Número de

curvas

NU-E245 Sharp mc-Si 103

STP160 SUNTECH pc-Si 223

HIT-240HDE4 Sanyo a-Si/mc-Si/a-Si 448

POWERMAX 120FB Avancis CIS 457

FS-270 First Solar CdS/CdTe 12422

POWERMAX

STRONG Avancis CIS 13687

PHX-120-LV Phoenix μc-Si/a-Si 15593

FILTRADO DE PUNTOS

(a) Curva I-V original

(b) Curva I-V filtrada

PUNTOS FALTANTES

AJUSTE BICUADRADO

(a) Ajuste por mínimos cuadrados

(b) Ajuste bicuadrado

MÓDULOS EMPLEADOS

Módulo

Fabricante Certificado de calibración

𝑰𝒔𝒄

(𝑨)

𝑽𝒐𝒄

(𝑽)

𝑷𝒎𝒙

(𝑾)

𝑰𝒑𝒎𝒙

(𝑨)

𝑽𝒑𝒎𝒙

(𝑽)

𝑰𝒔𝒄

(𝑨)

𝑽𝒐𝒄

(𝑽)

𝑷𝒎𝒙

(𝑾)

𝑰𝒑𝒎𝒙

(𝑨)

𝑽𝒑𝒎𝒙

(𝑽)

UN-E245 8,73 37,5 245 8,04 30,5 8,74 37,44 240,43 8,07 30,17

STP160 5,00 43,2 160 4,65 34,4 5,03 43,61 165,40 4,75 34,80

HIT-

240HDE4 7,37 43,6 240 6,76 35,5 7,54 42,24 233,34 7,23 32,29

PM

120FB 3,12 58,5 120 2,61 46,0 3,10 58,83 112,15 2,68 41,92

FS-270 1,23 88,0 70 1,07 65,5 1,19 91,08 67,30 1,01 66,65

PM

STRONG 3,21 58,5 120 2,80 42,8 3,09 59,04 112,70 2,69 41,89

PHX-120-

LV 3,34 59,2 121 2,69 45,0 3,32 59,29 136,50 2,96 46,07

ERROR DEL MÉTODO DE EXTRACCIÓN

Módulo

Error Relativo Error Absoluto

𝑰𝒔𝒄

(%)

𝑽𝒐𝒄

(%)

𝑷𝒎𝒙

(%)

𝑰𝒑𝒎𝒙

(%)

𝑽𝒑𝒎𝒙

(%)

𝑰𝒔𝒄

(𝑨)

𝑽𝒐𝒄

(𝑽)

𝑷𝒎𝒙

(𝑾)

𝑰𝒑𝒎𝒙

(𝑨)

𝑽𝒑𝒎𝒙

(𝑽)

UN-E245 0,24 0,06 0,14 0,15 0,05 0,02 0,02 0,26 0,01 0,01

STP160 0,17 0,13 0,21 0,75 0,57 0,01 0,05 0,30 0,03 0,17

HIT-

240HDE4 0,08 0,08 0,24 0,11 0,14 0,01 0,03 0,52 0,01 0,05

PM

120FB 0,80 0,09 0,18 0,12 0,27 0,02 0,05 0,16 0,01 0,11

FS-270 1,00 0,11 0,61 0,61 0,19 0,01 0,09 0,35 0,01 0,11

PM

STRONG 0,50 0,07 0,27 0,09 0,23 0,01 0,04 0,23 0,01 0,09

PHX-120-

LV 1,64 0,12 0,34 0,66 0,42 0,05 0,06 0,31 0,01 0,16

ERROR DEL MÉTODO DE TRASLACIÓN

Módulo

Error Relativo Error Absoluto

𝑰𝒔𝒄

(%)

𝑽𝒐𝒄

(%)

𝑷𝒎𝒙

(%)

𝑰𝒑𝒎𝒙

(%)

𝑽𝒑𝒎𝒙

(%)

𝑰𝒔𝒄

(𝑨)

𝑽𝒐𝒄

(𝑽)

𝑷𝒎𝒙

(𝑾)

𝑰𝒑𝒎𝒙

(𝑨)

𝑽𝒑𝒎𝒙

(𝑽)

UN-E245 0,68 1,03 2,88 1,70 1,29 0,06 0,35 5,86 0,13 0,34

STP160 0,57 0,35 1,14 1,99 1,02 0,03 0,14 1,66 0,09 0,31

HIT-240HDE4 1,51 0,38 2,55 2,23 0,60 0,11 0,16 5,74 0,15 0,20

PM 120FB 2,02 1,13 3,68 2,88 1,08 0,06 0,65 4,13 0,07 0,46

FS-270 3,41 0,72 4,66 4,69 1,16 0,04 0,61 2,65 0,04 0,73

PM STRONG 2,52 1,16 4,96 4,44 1,86 0,07 0,62 4,87 0,11 0,74

PHX-120-LV 4,08 1,10 5,45 4,62 1,74 0,12 0,61 5,31 0,11 0,71

ERROR EN LA TRASLACIÓN A STC

Módulo

Error relativo con respecto al fabricante Error relativo con respecto al certificado de calibración

𝑰𝒔𝒄

(%)

𝑽𝒐𝒄

(%)

𝑷𝒎𝒙

(%)

𝑰𝒑𝒎𝒙

(%)

𝑽𝒑𝒎𝒙

(%)

𝑰𝒔𝒄

(%)

𝑽𝒐𝒄

(%)

𝑷𝒎𝒙

(%)

𝑰𝒑𝒎𝒙

(%)

𝑽𝒑𝒎𝒙

(%)

UN-E245 3,92 1,60 3,41 0,96 4,42 3,80 1,44 1,58 0,58 3,37

STP160 5,53 1,73 0,54 2,66 2,04 4,91 2,66 2,74 0,50 3,16

HIT-

240HDE4 1,14 2,11 2,86 0,24 3,09 1,14 1,04 0,09 6,27 6,55

PM

120FB 2,76 1,20 1,93 2,52 4,39 3,42 0,63 4,93 0,16 4,92

FS-270 1,93 0,12 7,94 7,24 0,87 1,36 3,26 4,24 1,73 2,58

PM

STRONG 5,58 0,93 5,52 8,14 2,99 1,91 1,84 0,60 4,39 5,23

PHX-120-

LV 0,86 5,29 9,79 3,55 6,51 0,26 5,43 20,04 12,35 8,68

CONTROL DE CALIDAD

Módulo 𝑷𝒎𝒙 (W) Erro relativo (%)

Fabricante Calibración Calculado Fab-Calib Fab-Calc Calib-Calc

UN-E245 245 240,43 236,64 1,90 3,41 1,58

STP160 160 165,40 160,87 3,26 0,54 2,74

HIT-240HDE4 240 233,34 233,12 2,85 2,86 0,09

PM 120FB 120 112,15 117,69 7,00 1,93 4,93

FS-270 70 67,30 64,44 4,01 7,94 4,24

PM STRONG 120 112,70 113,38 6,48 5,52 0,60

PHX-120-LV 121 136,50 109,15 11,36 9,79 20,04

CONCLUSIONES

• Se ha implementado un método capaz de realizar la extracción de los parámetros de la curva IV de una célula solar.

• Se ha implementado un método capaz de realizar la traslación de la curva IV de un módulo fotovoltaico.

• El 100% de los errores relativos del método de extracción de parámetros se encuentran debajo del 5%.

• El 97,1% de los errores relativos del método de traslación se encuentran debajo del 5%.

• El 81,4% de los errores relativos de la traslación a STC se encuentran debajo del 5%.

AGRADECIMIENTOS

CENTRO DE ENERGÍAS RENOVABLES Y USO RACIONAL DE LA ENERGÍA