Determinação das curvas e dos parâmetros de células e módulos fotovoltaicos sob diversas condições de temperatura e de irradiância por meio de um modelo computacional

Abstract

Este Trabalho de Conclusão de Curso possui como objetivo geral desenvolver e validar um método computacional com a finalidade de prever, em células e módulos fotovoltaicos quaisquer, parâmetros importantes sob quaisquer condições de irradiância e de temperatura. Esse modelo é capaz de fornecer as curvas I-V e P-V dos dispositivos solares assim como a eficiência fotovoltaica, o fator de preenchimento e os parâmetros elétricos. Esses são a potência de pico e seus respectivos valores de tensão e de corrente neste ponto assim como a diferença de potencial de circuito aberto e corrente de curto-circuito. Para tanto, foram comparadas simulações com experimentos realizados em laboratório sob duas condições: com e sem uso de lentes de Fresnel. Além disso, o programa é modificado a fim de ser comparado com as curvas e os valores das grandezas fornecidos pelos catálogos de três fabricantes de módulos comerciais bem como para prever alterações dessas características sob condições meteorológicas diferentes das informadas. Os resultados obtidos comprovam que o modelo computacional é confiável, visto que as diferenças percentuais, para os parâmetros elétricos analisados, não superam 14%. Quanto às experiências realizadas em laboratório, torna-se necessário fazer ajustes na posição dos equipamentos suspensos pelo aparato mecânico com a finalidade de evitar sombreamento e de posicionar o foco da lente no dispositivo solar.

The main objective of this Capstone Project is developing and validating a computational method in order to determine, in any photovoltaic cells and modules, important parameters under any irradiance and temperature conditions. That model is able to provide the I-V and P-V curves of the solar devices as well as the photovoltaic efficiency, the fill factor and the electrical parameters. Those are the peak power and its respective voltage and current values as well as the open circuit electrical tension and short circuit current. As a result, those simulated characteristics were compared to lab experiments under two conditions: with and without use of Fresnel lenses. In addition, the program is modified in order to be compared to the curves and physical quantities values provided by the datasheet of three manufacturers of commercial modules as well as to predict changes in those characteristics under different informed weather conditions. The obtained results prove the computational method is reliable, since the percentage differences for the analyzed electrical parameters do not surpass 14%. In regard to the experiences performed in laboratory, it is necessary to make adjustments at the position of the equipment lifted by the mechanical apparatus in order to avoid shading and to put the solar device at the focus of the lens.