Levantamento experimental do gradiente térmico de módulos fotovoltaicos com foco na aplicação do algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência baseado na medição de temperatura

Abstract

O presente trabalho de conclusão de curso tem como finalidade projetar, confeccionar e ensaiar um sistema de medição de temperatura de módulos fotovoltaicos com intuito de determinar o gradiente térmico em suas células. O arranjo para mensuração da temperatura é composto por uma placa de circuito impresso capaz de suportar a conexão de até 72 sensores termosensíveis, que indicam a temperatura da célula fotovoltaica a qual estão fixados. O processamento dos dados provenientes dos sensores é realizado por nove microcontroladores STM32F103C8T6, que podem armazenar as informações coletadas, assim como o horário das coletas, em uma memória micro-Secure Digital (SD) externa. Para obtenção do gradiente térmico do módulo são efetuados o total de quatro ensaios ao ar livre, considerando o emprego de um módulo fotovoltaico KC200GT com inclinações de 45°e paralela ao solo, e orientação voltada ao norte geográfico. Para comprovar a precisão e a confiabilidade dos dados provenientes do sistema de aquisição desenvolvido, utiliza-se como referência o sistema de medição comercial Profitest-PV©. Os resultados obtidos revelam que o módulo fotovoltaico ensaiado apresenta gradiente térmico com variações que ultrapassam 10 °C e distribuição térmica mais elevada nas células da parte esquerda do módulo. Revelam também que a probabilidade de que seja selecionada aleatoriamente uma célula cuja temperatura excede a média em até um desvio padrão, é de 68,26%. Apesar das variações mencionadas, a conclusão é de que o máximo desvio da potência rastreada pelo algoritmo de rastreamento baseado na medição de temperatura, em relação à potência máxima, é de 1%, e acontece quando a célula selecionada para que se realize a medição de temperatura, se localiza na região mais quente ou mais fria do módulo.

The purpose of this Undergraduate thesis is to design, manufacture and test a temperature measurement system for photovoltaic modules in order to determine the thermal gradient in its cells. The temperature measurement arrangement consists of a printed circuit board capable of supporting the connection of up to 72 thermosensitive sensors, which indicate the temperature of the photovoltaic cell to which they are attached. The data processing from the sensors is carried out by nine STM32F103C8T6 microcontrollers, which can store the information collected, as well as the time of collection, in an external micro-Secure Digital (SD) memory. To obtain the thermal gradient of the module, a total of four outdoor tests are carried out, considering the use of a KC200GT photovoltaic module with slopes of 45°and parallel to the ground, and orientation facing the geographic north. To prove the accuracy and reliability of the data from the developed acquisition system, the commercial measurement system Profitest-PV© is used as a reference. The results obtained reveal that the tested photovoltaic module has a thermal gradient with variations that exceed 10 °C and a higher thermal distribution in the cells on the left side of the module. They also reveal that the probability that a cell whose temperature exceeds the average by up to one standard deviation is randomly selected is 68.26%. Despite the mentioned variations, the conclusion is that the maximum deviation of the power tracked by the tracking algorithm based on the temperature measurement, in relation to the maximum power, is 1%, and it happens when the cell selected to perform the measurement of temperature is located in the hottest or coldest region of the module.