Variação com a Irradiância e Temperatura

Perceber como os parâmetros PV variam em relação aos níveis de irradiância e temperatura é fundamental quando se pretende estimar a corrente das células ou módulos PV. Nesse sentido, foi realizando um estudo da variação dos parâmetros do modelo de um díodo sob diferentes condições de funcionamento, semelhante ao realizado em [63].

Considerou-se uma vez mais o módulo PV Sharp ND-R250A5 (anexo A, Tabela A.1) para o qual foram medidas experimentalmente 130 curvas caraterísticas ao longo de um dia típico, entre as 7 horas e as 19 horas do dia 15 de julho de 2017, de forma a serem consideradas as mais diversas condições de funcionamento, especialmente baixas irradiâncias e temperaturas elevadas. Os respetivos dados experimentais foram obtidos com um intervalo de 5 minutos, entre o fim e o início de cada medição, segundo o procedimento descrito no anexo A. Os quais compreendem um intervalo de irradiância entre os 29 W/m2 _{e os 1023 W/m}2_{, e um intervalo}

de temperatura entre os 19 ˚C e os 68 ˚C. Importa referir que, durante a medição das várias curvas tanto a irradiância como a temperatura se mantiveram estáveis, apresentando uma variação média de 4.4 W/m2 _{e de 0.24 ˚C, respetivamente.}

A Figura 3.18 apresenta as séries temporais de G e T registadas durante o ensaio experimental de aquisição das várias curvas caraterísticas, a partir do local de instalação do módulo PV. No entanto, os dados da temperatura ambiente Ta, apresentados nessa figura são

uma aproximação em cada hora desse dia, uma vez que, não foi possível realizar um registo completo. O que também não é relevante, uma vez que não são utilizados na extração dos parâmetros. O facto das curvas de temperatura se cruzarem no início e no fim do ensaio pode despertar a atenção, mas justifica-se por o sol ainda não estar e já não estar a incidir diretamente no módulo, ou seja, no início ainda estava à temperatura ambiente e no fim já tinha dissipado o calor armazenado.

Figura 3.18 – Irradiância incidente (G), temperatura do módulo PV (T) e

temperatura ambiente (Ta) ao longo do dia.

Posto isto, as Figuras 3.19 e 3.20, apresentam respetivamente as várias curvas caraterísticas I-V e P-V. O MPP encontra-se assinalado em cada uma das curvas, permitindo assim, fazer algumas observações.

Verifica-se que a primeira curva adquirida atingiu uma potência máxima de 6.05 W, tendo esta aumentado a um ritmo mais lento ao início devido à intensidade da irradiância. A curva com maior potência registou um valor de 187.44 W e a última curva medida registou um valor de 21.4 W. No entanto, aquilo que importa destacar é o facto do MPP ter começado a deslocar-se para a esquerda, deslocamento esse que resulta da queda de tensão devido ao aumento da temperatura do módulo PV, a qual foi consideravelmente maior durante a tarde. Em consequência dessa queda de tensão verifica-se uma diminuição da potência máxima. A ligeira inclinação para a esquerda dos pontos MPP ocorre devido à influência pouco significativa da irradiância sobre a tensão.

Figura 3.20 – Curvas caraterísticas P-V ao longo dia.

Após a aquisição dos dados experimentais, e de forma a tornar possível o estudo da variação dos parâmetros PV com a irradiância e com a temperatura, procedeu-se à extração dos mesmos para cada uma das curvas medidas, através de um novo método proposto na subsecção 4.4.1.

Os parâmetros ótimos do modelo de um díodo obtidos para cada uma das curvas são apresentados na Figura 3.21. A variação desses parâmetros ao longo do dia reflete a dinâmica do módulo PV considerado, sob as diferentes condições de funcionamento a que esteve sujeito, a qual não é visível a partir das curvas caraterísticas I-V estáticas.

Concretamente, em relação à variação dos parâmetros PV ao longo do dia, notando que o valor da corrente medido no início do ensaio é inferior ao medido no final, uma análise da Figura 3.21 permite verificar que:

− Iph apresenta uma variação proporcional coma a irradiância, ou seja, aumenta e diminui

− I0 quase não varia nos períodos em que a temperatura é baixa, mas aumenta

significativamente e varia bastante quando a temperatura é elevada (intervalo entre as 10 e as 17 horas);

− n inicialmente diminui com o aumento da irradiância num intervalo relativamente curto, a partir do qual, mantem uma tendência de aumento com a intensidade desta;

− Rs apresenta uma variação uniforme com exceção dos períodos de menor irradiância, onde

o seu valor é maior;

− Rp apresentou uma variação instável, fixando-se maioritariamente em valores máximos,

porém para as irradiâncias mais baixas e também para as mais elevadas fixou-se em valores mínimos.

Importa notar que, se o ensaio tivesse terminado um pouco mais tarde presumivelmente o simétrico do perfil inicial das curvas de n, Rs e Rp ter-se-ia verificado.

Figura 3.21 – Parâmetros do modelo de um díodo para o módulo PV Sharp

ND-R250A5 ao longo do dia.

Uma análise mais consistente da variação dos parâmetros PV com a irradiância e a temperatura pode ser realizada observando as Figuras 3.22 a 3.26.

Deste modo, na Figura 3.22, constata-se que a variação proporcional entre Iph e a

intensidade da irradiância G apresenta uma distribuição linear.

Figura 3.22 – Variação proporcional entre Iph e G.

Já pela Figura 3.23 conclui-se que I0 mantem um valor constante até cerca de 40 ˚C,

aumentando ligeiramente até aos 60 ˚C. A partir dessa temperatura verifica-se um aumento acentuado. Esta tendência crescente do valor de I0 com o aumento da temperatura do módulo

é concordante com a literatura [63], [145].

Relativamente à variação de n, Figura 3.24, verificou-se que este até 100 W/m2 _diminuiu com o aumento da irradiância, a partir desse ponto mantem uma tendência crescente. Esta diminuição inicial seguida de um aumento tem sido mencionada na literatura [146].

Figura 3.24 – Variação de n em função de G.

Contrariamente, ao que tem sido verificado por alguns autores [57] para a tecnologia policristalina, neste caso particular, conclui-se que Rs diminui com o aumento da irradiância,

como mostra a Figura 3.25.

Finalmente, em relação a variação de Rp a Figura 3.26 não permite uma boa conclusão, uma

vez que, na grande maioria dos níveis de irradiância a solução encontrada coincide com o valor máximo permitido, enquanto nos níveis mais baixos e elevados de irradiância a solução de Rp

apontou para valores mínimos.

Figura 3.26 – Variação de Rp em função de G.

Resumindo, de acordo com a análise efetuada, conclui-se que todos os parâmetros PV variam consideravelmente, quer seja em relação à irradiância incidente ou em relação à temperatura a que as células ou módulos PV são sujeitos.