Elaborarea modelului matlab al panourilor fotovoltaice pe baza datelor nominale - validări experimentale

L2. Elaborarea modelului Matlab al panourilor fotovoltaice pe baza datelor nominale. Validări experimentale

1. Scopul lucrării

Scopul acestei lucrări de laborator constă în însuşirea cunoştinţelor teoretice şi abilităţilor practice necesare implementării în mediul Matlab a modelului numeric al unui panou fotovoltaic calibrat pe baza datelor nominale furnizate de producător. În finalul lucrării rezultatele numerice vor fi validate prin rezultate măsurate experimental.

2. Chestiuni de studiat

2.1. Modelul celulei fotovoltaice ideale

2.2. Modelul celulei fotovoltaice reale implementat în Matlab

2.3. Programul de calcul Matlab utilizat pentru determinarea caracteristicilor panourilor fotovoltaice

2.4. Rezultate numerice. Observaţii şi concluzii

3. Elemente teoretice

3.1. Modelul celulei fotovoltaice ideale

În Fig. 2.1 este prezentat modelul de circuit echivalent al celulei fotovoltaice ideale. Ecuaţia de bază din teoria semiconductorilor ce permite descrierea matematică a caracteristicii I = f(U) a celulei fotovoltaice ideale, Fig. 2.1, este următoarea:

(1)

(2)

unde Ipv este curentul generat de lumina incidentă (direct proporţional cu radiaţia solară), I0 este curentul invers de saturaţie al diodei, Id este curentul caracteristic al diodei Shockley, q este sarcina electronului (≈1.60.10-19 C), k este constanta Boltzmann (≈ 1.38 . 10-23J/K), T este temperatura joncţiunii p-n, iar a este constanta ideală a diodei. Modelul celulei fotovoltaice ideale neglijează rezistenţele echivalente serie şi paralel Rs şi Rp ale acesteia datorită faptului că Rs are în mod uzual o valoare redusă, iar Rp are o valoare importantă.

Fig. 2.1. Modelul celulei fotovoltaice cu o singură diodă.

Fig. 2.2. Caracteristica celulei fotovoltaice ideale.

Efectul neglijării rezistenţelor Rs şi Rp asupra caracteristicii panourilor fotovoltaice este ilustrat în Fig. 2.3 şi Fig. 2.4, unde se folosesc datele tehnice ale panoului Suntech 175S-24Ac de mai jos obţinute în condiţii standard de temperatură şi radiaţie solară (Tn = 25º C şi Gn = 1000 W/m2):

- Putere nominală Pn = 175 [Wp]

- Tensiunea în punctul de putere maximă UMPP = 35.8 [V];

- Curentul în punctul de putere maximă IMPP = 4.9 [A];

- Tensiunea de mers în gol U0 = 44.7 [V];

- Curentul de scurtcircuit ISC = 5.23 [A];

- Număr de celule înseriate Ns = 72;

- Coeficientul de modificare cu temperatura a tensiunii de mers în gol U0 Kv = -0.155

- Coeficientul de modificare cu temperatura a curentului de scc ISC Ki = 0.06.