MPPT study from a solar photovoltaic panel according to perturbations induced by shadows

Abstract

This work addresses the mathematical and physical modelling of photovoltaic cells and modules, in order to obtain the maximum power output under different environmental operation conditions, including the effect of shadow. Firstly, the Bisection, Newton-Raphson and Secant methods were evaluated for obtaining the characteristic curve of photovoltaic cells, based on the single diode five parameters model and using the values of ideal parameters. Subsequently, the Nelder and Mead algorithm was used to determine the five parameters of the model by fitting the characteristic curve to current and voltage measurements, and accounting to the dependence of cell temperature on environmental conditions by coupling this method to a thermal model of the module. Finally, partial shadowing of photovoltaic modules was studied through a laboratorial experiment, to which conditions the MPPT is calculated through the polynomial fitting of power-voltage curve; Resumo: Estudo do MPPT de um painel fotovoltaico em função de perturbações induzidas por sombras Este trabalho consiste na modelação física e matemática de células e módulos fotovoltaicos, com o intuito de obter a sua máxima potência sob diferentes condições de operação, incluído o efeito de sombreamento. Primeiramente, os métodos da Bisecção, Newton-Raphson e Secante foram avaliados recorrendo ao modelo de um díodo e cinco parâmetros de forma a obter a curva característica das células fotovoltaicas, com valores de parâmetros ideais. Seguidamente, o algoritmo de Nelder e Mead foi utilizado para determinar os cinco parâmetros do modelo, recorrendo ao ajuste da curva característica com medidas experimentais de corrente e tensão, e a dependência que os parâmetros ambientais têm na obtenção da temperatura da célula, através do acoplamento do algoritmo com um modelo térmico do módulo. Finalmente, foi estudado o sombreamento parcial de módulos fotovoltaicos através de uma experiência laboratorial, na qual o MPPT é calculado por um ajuste de um polinómio à curva potência-tensão.