Proposta de um modelo global não-linear para caracterização do comportamento elétrico de células fotovoltaicas
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/38307 |
Resumo: | Neste trabalho, um modelo de 15 parâmetros baseado no circuito elétrico de um diodo para módulos fotovoltaicos é proposto. A vantagem deste modelo é sua capacidade de representar os fenômenos físicos que ocorrem nas células fotovoltaicas quando ocorrem variações nas condições ambientais, como temperatura e irradiância. Além disso, uma técnica de estimação de parâmetros precisa é proposta para este novo modelo, baseado no algoritmo de otimização “busca por padrões” (Pattern Search - PS). O circuito equivalente de um diodo, modelo mais comumente utilizado, é composto por cinco parâmetros desconhecidos. A grande maioria das técnicas de estimação existentes na literatura identifica esses cinco parâmetros para um valor específico de irradiância e temperatura. Assim, este modelo simplificado com cinco parâmetros é capaz somente de representar uma única curva característica I-V por vez. Isto significa que diferentes conjuntos de cinco parâmetros devem ser encontrados para cada condição ambiental. Além do mais, como os parâmetros são obtidos por um simples ajuste matemático da curva I-V, há uma falta de significado físico nos parâmetros, ou seja, torna-se difícil de extrapolar novos conjuntos de parâmetros para uma nova condição ambiental através dos conjuntos previamente obtidos. No modelo adaptativo de 15 parâmetros proposto, é necessário executar a técnica de estimação de parâmetros apenas uma vez, pois o modelo é válido para toda a faixa de valores das condições ambientais disponíveis ao usuário, sejam elas curvas originadas a partir de datasheets ou experimentalmente. Além disso, as restrições impostas a cada parâmetro no processo de estimação garantem o seu significado físico, tornando o modelo capaz de emular o comportamento físico de módulos fotovoltaicos de diferentes tecnologias, tornando-o particularmente útil em técnicas de seguimento do ponto de máxima potência (MPPT) baseadas em modelo e em tarefas como o diagnóstico de falhas e/ou manutenção preditiva e corretiva de sistemas fotovoltaicos. Os resultados de comparação, baseados em curvas experimentais, são apresentados para verificar a eficácia do modelo e da técnica de estimação de parâmetros propostos. Por fim, o modelo proposto é aplicado em uma técnica de MPPT híbrida operado em um sistema fotovoltaico autônomo, composto por um microconversor c.c./c.c. de alto ganho, em que diversos resultados de simulação e experimentais deste sistema fotovoltaico são apresentados, a fim de demonstrar a eficácia das propostas deste trabalho. |
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Além disso, uma técnica de estimação de parâmetros precisa é proposta para este novo modelo, baseado no algoritmo de otimização “busca por padrões” (Pattern Search - PS). O circuito equivalente de um diodo, modelo mais comumente utilizado, é composto por cinco parâmetros desconhecidos. A grande maioria das técnicas de estimação existentes na literatura identifica esses cinco parâmetros para um valor específico de irradiância e temperatura. Assim, este modelo simplificado com cinco parâmetros é capaz somente de representar uma única curva característica I-V por vez. Isto significa que diferentes conjuntos de cinco parâmetros devem ser encontrados para cada condição ambiental. Além do mais, como os parâmetros são obtidos por um simples ajuste matemático da curva I-V, há uma falta de significado físico nos parâmetros, ou seja, torna-se difícil de extrapolar novos conjuntos de parâmetros para uma nova condição ambiental através dos conjuntos previamente obtidos. 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Por fim, o modelo proposto é aplicado em uma técnica de MPPT híbrida operado em um sistema fotovoltaico autônomo, composto por um microconversor c.c./c.c. de alto ganho, em que diversos resultados de simulação e experimentais deste sistema fotovoltaico são apresentados, a fim de demonstrar a eficácia das propostas deste trabalho.CNPqIn this work, a 15-parameter model based on the electric circuit of one diode for photovoltaic modules is proposed. The advantage of this model is its ability to represent the physical phenomena that occur in photovoltaic cells when variations in environmental conditions such as temperature and irradiance occur. In addition, a precise parameter estimation technique is proposed for this new model, based on the Pattern Search algorithm. The equivalent circuit of a diode, the most commonly used model, is composed of five unknown parameters. The vast majority of estimation techniques in the literature identify these five parameters for a specific value of irradiance and temperature. Thus, this simplified five-parameter model is capable of representing only one I-V characteristic curve at a time. This means that different sets of five parameters must be found for each environmental condition. Moreover, since the parameters are obtained by a simple mathematical adjustment of the I-V curve, there is a lack of physical meaning in the parameters, i.e., it becomes difficult to extrapolate new sets of parameters to a new environmental condition through the previously obtained sets. In the proposed 15-parameter adaptive model, it is necessary to perform the parameter estimation technique only once, since the model is valid for the entire range of environmental conditions available to the user, whether curves originated from datasheets or experimentally. In addition, the constraints imposed on each parameter in the estimation process guarantee its physical meaning, making the model capable of emulating the physical behavior of photovoltaic modules of different technologies, making it particularly useful in maximum power point tracking techniques (MPPT) based on model and tasks such as fault diagnosis and/or predictive and corrective maintenance of photovoltaic systems. The comparison results, based on experimental curves, are presented to verify the effectiveness of the model and the technique of estimation of proposed parameters. Finally, the proposed model is applied in a hybrid MPPT technique operated in an autonomous photovoltaic system, composed of a d.c./d.c microconverter of high gain, in which several simulation and experimental results of this photovoltaic system are presented, in order to demonstrate the effectiveness of the proposals of this work.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia EletricaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia ElétricaSistemas fotovoltaicosMódulos fotovoltaicosTécnica de MPPT híbridaProposta de um modelo global não-linear para caracterização do comportamento elétrico de células fotovoltaicasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Emerson Alves da Silva.pdfTESE Emerson Alves da Silva.pdfapplication/pdf14815575https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/38307/1/TESE%20Emerson%20Alves%20da%20Silva.pdf040a2806ec1d620b1ee39ab7b13d4c7dMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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