Desenvolvimento de um traçador de curvas características de módulos fotovoltaicos

Abstract

A conversão de energia solar diretamente em energia elétrica a partir do efeito fotovoltaico é uma forma confiável de geração de eletricidade. O crescimento das instalações fotovoltaicas na última década tem provado sua viabilidade quando acompanhada de programas de incentivo apropriados. As células e módulos fotovoltaicos possuem um comportamento elétrico característico e a determinação da curva característica I-V (corrente versus tensão) é essencial para a determinação da qualidade do dispositivo além de fornecer os parâmetros para dimensionamento e estimativa de geração de eletricidade. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema para traçar a curva característica I-V de módulos fotovoltaicos. O sistema possui uma fonte de quatro quadrantes para polarização do módulo, multímetros para medida simultânea de tensão e corrente formando pares I-V da curva característica, multímetro para medida de irradiância solar por meio de uma célula de referência de silício monocristalino e multímetro para medida de temperatura do módulo fotovoltaico utilizando um sensor Pt100. Todo o sistema é gerenciado por um programa de computador desenvolvido em linguagem Visual Basic®. O programa envia os comandos para os multímetros e fonte através de uma interface USB - GPIB. Os limites do sistema são ± 100 V e ± 10 A, determinados pela característica da fonte utilizada. A tensão de polarização é em forma de rampa com tempo de duração variável e também é ajustada através do programa. O sistema pode medir curvas com até 2000 pontos e o tempo de medida mínimo de cada ponto foi limitado em 50 μs. Durante a medida da curva característica é medida simultaneamente a irradiância solar. O sistema desenvolvido apresentou-se eficiente na medida da curva característica e a densidade de pontos adquirida permite estudos e determinação de parâmetros de maneira precisa. O método de disparo dos multímetros utilizado permite a garantia da simultaneidade da medida do par I-V e a utilização do sistema operacional Windows® permite flexibilidade e facilidade no tratamento dos dados.

The direct conversion of solar energy into electrical energy by means of the photovoltaic effect is a reliable way to generate electricity. The increasing number of photovoltaic installations in the last decade has proved its viability when stimulated by appropriate incentive programs. Photovoltaic cells and modules have peculiar electrical features and the measurement of the characteristic I-V (current - voltage) curve is essential to determine the device's quality. Besides it provides parameters for dimensioning and estimating electricity generation. This work presents the development of a system designed to trace the I-V curve of photovoltaic modules. The system has a four quadrant power supply to polarize the module, two multimeters for measuring I-V pairs of the characteristic curve, one multimeter to measure solar irradiance using a monocristaline silicon reference cell and one multimeter to measure the module temperature using a Pt100. The system is managed by a program developed in Visual Basic® which sends commands to the instruments via a USB - GPIB interface. The system limits are ± 100 V and ± 10 A, limited by the power supply range. The sweeping voltage is a ramp waveform and it is also programmable by the software. The system can measure 2000 points in each curve and the acquisition time of each point is limited to 50 μs. While tracing the characteristic curve, solar irradiance is simultaneously measured. The system is working efficiently and the number of measured points allows studies to obtain precise parameters. The triggering method assures simultaneously measurements of the I-V pair. The use of Windows® operational system allows flexibility and simplicity when dealing with the data in post processing software.