Módulo Fotovoltaico 1

O primeiro módulo utilizado na avaliação/validação dos modelos matemáticos foi o mó- dulo MSX-60 da fabricante Solarex que possui potência nominal baixa em relação à maioria dos painéis encontrados comercialmente. Suas características elétricas podem ser visualiza- das na Tabela 5.1.

Tabela 5.1: Parâmetros elétricos do módulo MSX-60

Parâmetro Valor

Potência Máxima (Pmax,E) 60W

Tensão de Máxima Potência (Vmp) 17,1V

Corrente de Máxima Potência (Imp) 3,5A

Corrente de Curto Circuito (ISC) 3,8A

Tensão de Circuito Aberto (VOC) 21,1V

Coeficiente de Temperatura de Tensão (Kv) -80mV/C Coeficiente de Temperatura de Corrente (Ki) 0,065%/C Número de células em série (NS) 36 m-Si

Fonte: [51].

A metodologia adotada na estimação dos parâmetros dos módulos fotovoltaicos é a partir da determinação da potência máxima calculada (Pmax,C), comparando-a com a potência

máxima experimental (Pmax,E) resultando no erro que estabelece o critério de parada do

método iterativo de Newton-Raphson. Sendo assim, a partir da implementação do método interativo de Newton-Raphson, já apresentado no Capítulo 4, foi disponibilizada rotinas para a estimação dos parâmetros a partir da utilização do software MATLAB, todos os dados de entrada do método correspondem aos dados disponibilizados pelo fabricante.

A cada iteração do método, um novo valor de Rsh é determinado através das equações

correspondentes ao modelo em questão, e o valor de RS é incrementado por um valor

fixo, conforme apresentado no Capítulo 4. A partir do valor determinado, é estabelecido o valor da corrente pelo método de Newton-Raphson, onde é possível determinar a Pmax,C

variando a tensão de forma linear de 0 até VOC, uma vez que P = V · I, como demonstrado

anteriormente pelo fluxograma da Figura 4.3. A forma como foi implementado o método iterativo permite que sejam exibidos os resultados para cada iteração, permitindo observar a convergência do método utilizado.

Conforme já mencionado, o modelo ideal não considera as perdas elétricas pelas resis- tências RS e Rsh de modo que todos os parâmetros podem ser determinados analiticamente

através da resolução das equações demonstradas no Capítulo 3. Desta forma, o processo iterativo é utilizado somente para estimação dos parâmetros do modelo de um diodo e dois diodos.

Sendo assim, os resultados do processo de estimação de parâmetros do módulo MSX-60 para o modelo de um diodo são apresentados na Figura 5.1 (a) e para o modelo de dois diodos na Figura 5.1 (b). Os processos de iteração podem ser visualizados na Figura 5.2 (a) para a curva I-V e (b) para a curva P-V. Salienta-se que a estimação dos parâmetros deve ser realizada sob condições padrão de testes, ou seja, as condições estabelecidas pela STC (G = 1000W m−2 _{e T = 25}◦_C).

Figura 5.1: (a) Parâmetros determinados para o modelo de um diodo. (b) Parâmetros determinados para o modelo dois diodos

(a) (b)

Fonte: Autor

Os pontos em destaque na Figura 5.2 representam a corrente de curto-circuito (ISC), a

tensão de circuito aberto (VOC) e o ponto de máxima potência Pmax,E que idealmente re-

presenta a Pmax,C. Os fabricantes de módulos fotovoltaicos disponibilizam algumas curvas

características com variações de temperatura e/ou de irradiância. Essas curvas, são geral- mente, utilizadas para validar os modelos, contudo, alguns fabricantes não disponibilizam as curvas no formato de tabelas de dados, mas sim na forma de gráficos. Desta forma, é necessário utilizar alguma estratégia que permita obter dados tabulados a partir das curvas

gráficas disponibilizadas pelos fabricantes para que somente então possam ser manipuladas no MATLAB/Simulink.

Figura 5.2: (a) Processos de Iteração para a curva I-V. (b) Processos de Iteração para a curva P-V do modelo de dois diodos

(a) (b)

Fonte: Autor

Existem várias aplicações disponíveis especializadas em realizar a tarefa de conversão de gráficos em dados tabulados. Contudo, a que mais se adequou, pela simplicidade e eficiência, foi a WebPlotDigitizer1_{, que é uma ferramenta Open Source disponivel para as plataformas}

Windows, Mac e Linux, além de possuir uma versão online. Na Figura 5.3 é apresentado o aplicativo WebPlotDigitizer usando uma curva disponibilizada na documentação do fabri- cante para o módulo MSX-60.

A partir dos dados obtidos, utilizando o aplicativo WebPlotDigitizer em conjunto com as informações disponibilizada pelo fabricante do módulo fotovoltaico, foi possível obter todos os dados necessários para realizar as simulações dos modelos avaliados. Na Figura 5.4 é apresentada a tela de parametrização da aplicação desenvolvida para dar suporte as simulações dos modelos avaliados, nesta tela são apresentados os dados de parametrização do Modelo de dois Diodos. Também é possível alterar os parâmetros para os outros dois modelos avaliados que são o Modelo Ideal e o modelo de um diodo. Ainda na Figura 5.4 no botão “Gerar Curvas” é possível gerar as curvas características para os parâmetros de Temperatura e Irradiância.

A partir do uso da ferramenta desenvolvida e dos dados disponibilizados, pelo fabricante do módulo MSX-60, foi possível realizar um conjunto de simulações alterando a temperatura e verificando o desempenho de cada um dos modelos avaliados. No caso do módulo MSX-

Figura 5.3: Digitalização dos dados do painel

Fonte: Autor

60, não foi possível simular a irradiação uma vez que o fabricante não disponibiliza esta informação. Para contornar este problema optou-se em manter a irradiação constante, variando apenas a temperatura conforme pode-se observar na Figura 5.5.

Analisando a Figura 5.5 é possível observar que o modelo de um diodo, em verde, re- presenta de forma fidedigna o comportamento da curva disponibilizada pelo fabricante do módulo, em preto, para todas as variações de temperatura testadas. Já o modelo Ideal apresenta, para todas as temperaturas testadas, comportamento acima da curva dos dados do fabricante, em decorrência de não levar em consideração as perdas elétricas (RS e Rsh).

Desta forma, o modelo Ideal, para o cenário simulado, apresenta um comportamento que não reflete a realidade, uma vez que apresenta potências superiores aos fornecidos pelo fa- bricante do módulo. E finalmente o modelo de dois diodos, como já mencionado no Capítulo 2, apresenta um comportamento inferior em relação aos demais, influenciado pelas perdas por recombinação. Os processos de recombinação reduzem o tempo de vida dos portadores minoritários diminuindo assim a tensão e corrente gerada nas células do módulo.