Modeling photovoltaic panels under variable internal and environmental conditions with non-constant load

Abstract

This thesis focuses on the modeling and simulation of photovoltaic electric energy conversion systems, that considering different internal and environmental parameters, important for the forecast of the electric energy production. For the cell or panel modeling, the single diode five-parameter model is used. The internal parameters considered are the photocurrent, the cell temperature, the ideality factor, the series resistance, the shunt resistance and the saturation current; and on the other hand the external parameters considered are solar irradiance, ambient temperature and wind speed. New contributions are presented in the context of the modeling and simulation of the error function that identifies the more and less sensitive internal parameters of the cell model and the sensitivity of the external parameters. In the context of obtaining the experimental results, a monocrystalline silicon photovoltaic panel is used. And a signal generator, data acquisition device, an anemometer, a pyranometer and a sensor for measuring the ambient temperature are used. In the context of internal relation between external parameters, correlation studies are performed in order to show the relationships between them; and the obstacle concept is presented as a generalization of shadow types, namely dust and elements that reduce solar irradiance on the surface of the cell or panel; Modelação de painéis fotovoltaicos sob condições internas e ambientais variáveis com carga não constante Resumo: Esta tese incide sobre o tema da modelação e simulação de sistemas de conversão de energia elétrica fotovoltaica considerando diferentes parâmetros internos e ambientais, importantes para a previsão da produção de energia elétrica. Para a modelação da célula ou do painel é utilizado o modelo de cinco parâmetros de um díodo. Os parâmetros internos considerados são a corrente que atravessa o díodo, a temperatura interna da célula, o fator de idealidade, a resistência série da célula, a resistência paralela da célula e a corrente de saturação; os parâmetros externos considerados são a irradiância solar, a temperatura ambiente e a velocidade do vento. São apresentadas novas contribuições no contexto da modelação e simulação da função de erro que identifica os parâmetros internos mais e menos sensíveis do modelo da célula e a sensibilidade dos parâmetros externos. No contexto para a obtenção dos resultados experimentais foram utilizadas células e um painel fotovoltaico de silício monocristalino respetivamente, um gerador de sinais, dispositivos aquisição de dados, um anemómetro, um piranómetro e um sensor para medir a temperatura ambiente. Em ambos contextos, são realizados estudos de correlação entre os parâmetros externos no sentido de mostrar as relações entre eles; e é apresentado o conceito de obstáculo como uma generalização dos tipos de sombras, nomeadamente a poeira e elementos que reduzem a irradiância solar na superfície da célula ou do painel.