Study on technioues for the experimental determination and post-processing of characteristic curves of photovoltaic modules

O uso da energia solar fotovoltaica tem aumentado muito nos últimos anos. principalmente em países onde políticas governamentais de incentivo desempenharam um papel fundamental neste processo. No Brasil. embora a realidade ainda esteia longe de países como a Esnanha ou a Alemanha. pode-se afirmar aue o uso desta tecnologia apresenta um grande potencial de aumento para os próximos anos. Desta forma uma metodologia confiável e de fácil aplicacão Para a caracterizacão de módulos fotovoltaicos é um tema de grande importância. Para a análise do desempenho elétrico de um módulo fotovoltaico é imprescindível a determinacão da curva (I - V) de corrente e tensão denominada curva característica. Através desta curva é possível obter imnortantes informacões sobre as características elétricas do gerador fotovoltaico como a corrente de curto circuito f/scl. a tensão de circuito aberto (Vo cl e o ponto de máxima potência (PM). A determinacão desta curva. de acordo com as normas técnicas deve ser realizada dentro de condicões específicas de temperatura. irradiância incidente e espectro de radiacão solar. Fora desta condicão padrão. aue muitas vezes é dificil de ser obtida. a curva precisa ser corrigida ou transladada sendo então necessário a aplicacão de algum método de translacão. Outro fator importante na caracterizacão de um módulo é a renresentacão matemática de sua curva característica. Esta renresentacão é feita de acordo com modelos aue possuem parâmetros a serem determinados experimentalmente experimentalmente. Entretanto. modelos aue podem ser úteis para módulos de silício cristalino. por exemplo. podem não servir para módulos de filmes finos. Este trabalho apresenta uma Proposta de metodologia para a caracterizacão elétrica de módulos fotovoltaicos de diferentes tecnologias. É apresentado um estudo completo. desde a técnica de aauisicão da curva I-V até o pós-Processamento da mesma. Para a determinacão das curvas características foi desenvolvido um eauinamento de grande velocidade e precisão para aauisicão de dados. além da construcão de um gabinete refrigerado cuia base é apoiada em um sistema aue permite a variacão do ângulo azimutal. Foi realizado um estudo da utilizacão deste gabinete para ensaios com módulos fotovoltaicos e um estudo do comportamento térmico do mesmo. Na presente Tese foi também realizado um estudo para a determinacão dos parâmetros matemáticos aue descrevem a curva I-V de acordo com três métodos diferentes. relativos aos modelos de um e dois diodos. dos auais um foi proposto nesta Tese. O método proposto foi o aue apresentou os melhores resultados. embora tenha apresentado uma complexidade na anlicacão maior do aue os outros dois métodos. Um estudo da translacão da curva para diferentes condicões de temperatura e irradiância utilizando auatro diferentes métodos também foi realizado. Dentre esses métodos foram analisados os procedimentos sugeridos nelas brasileira e americana. Após o estudo de curvas de diversas tecnologias de módulos fotovoltaicos. ficou constatado aue em média o método da norma brasileira apresenta os melhores resultados. A metodologia para caracterizacão elétrica aaui proposta foi testada em módulos de diferentes configuracões e tecnologias. incluindo módulos de filmes finos e híbridos.The use of nhotovoltaic solar enerav has increased considerablv in the last vears. mostiv in countries in which eovemmental support nlaved an effective role. Althouah the realitv in Brazil is still verv far from countries such as Snain or Germano. it is nossible to forecast that the use of PV technoloey will arow in the next vears. Thus. the develonment of methodoloav. both reliable and of easv arolication. for PV module characterization renresents a verv imnortant issue. In order to determine the electrical performance of a nhotovoltaic module. it is indisnensable to determine the current-voltaae curve (I-V). known as characteristic curve. From the I-V curve it is nossible to obtain imnortant information about the electrical characteristics of a PV generator such as the short-circuit current (ISC) the onen circuit voltaee Wocl and the maximum power noint (PM). The determination of an I-V curve. accordine to the standards shall be nerformed in snecific conditions of module temperature incident irradiance and solar soectral radiance distribution. In the case of a curve measured in a non standard condition. which is often difficult to obtain. it is necessarv to annly a correction or translation method. Other imnortant factor related to characterization of a PV module is the mathematical representation of its I- V curve. This renresentation is nossible bv means of mathematical models with narameters that must be experimentally determined. However. some models which are suitable for crvstalline silicon. for example. mav be not to be for thin films technoloaies. This work oresents a proposal of methodoloav for the electrical characterization of nhotovoltaic modules. It is nresented a complete studv. from the I-V curve measurement techniaue to the post-processine of data. For the determination of these curves a verv fast and accurate sustem was built. A chamber with internai temnerature control was also built. This chamber stands on a rotatorv base which makes nossible to varv the azimuthal anele alone the dav. It was nerformed a studv on the use of this chamber in nhotovoltaic module tests and a studv of the chamber's thermal behavior. In this Thesis it was also nerformed a comoarative analvsis of three different methods accordina the sinale and double diode models for mathematical descrintion of I-V curves. One method based on the double diode model was develoned. and this one had the best results amona the three methods. The translation of the characteristic curve to different temnerature and irradiance conditions. bv means of four methods. was also studied. Among these methods were analvzed those nronosed bv the Brazilian and American standards. After the studv of several curves of different PV modules technologies it was concluded that. in average. the Brazilian standard has the best results. The nronosed methodologv for electrical characterization was annlied in different configurations and technologies modules. including thin films and hvbrids