Desenvolvimento de simulador solar contínuo para teste de estabilização de módulos fotovoltaicos

Abstract

A maior parte dos módulos fotovoltaicos apresenta alguma degradação de desempenho elétrico observada logo depois que os mesmos são submetidos ao uso em exposição solar. Para algumas tecnologias, é necessário adotar um procedimento para levar o mesmo até sua estabilização antes de caracterizá-lo. O objetivo desta Tese é desenvolver e classificar um simulador solar para submeter módulos fotovoltaicos a condições de irradiação e temperatura, como estabelecidas nas normas da Comissão Eletrotécnica Internacional, visando alcançar a estabilidade de desempenho elétrico desses dispositivos. Este desenvolvimento foi possível com uso de ferramentas computacionais para iluminância, seleção de lâmpadas com distribuição espectral e iluminância compatíveis com a demanda, análise espectral da radiação emitida com espectrorradiômetro e sua comparação com o espectro solar padrão, construção de bancada suporte para os módulos, ventilação na câmara de iluminação contínua para estabilização de temperatura e observando-se os requisitos de light-soaking descritos na norma IEC 61215-2. É focalizada a adequação do espectro de saída do simulador ao de referência da distribuição espectral da radiação solar no espectro visível AM 1,5G, para o qual foi alcançada a correspondência espectral e não uniformidade espacial da irradiância classe C e para estabilidade temporal classe A, como descritos nas condições de classificação indicadas na norma IEC 60904-9. Paralelamente foi realizado um estudo da qualificação espectral da fonte de iluminação do simulador solar de flash para ensaios de módulos fotovoltaicos no LABSOL. Constatou-se que há necessidade do uso de células de referência representativas da mesma tecnologia do módulo fotovoltaico a ser ensaiado ou a realização de ensaios periódicos determinados os desvios devido ao descasamento espectral e possíveis mudanças de comportamento das fontes de radiação no simulador ao longo de sua vida. Uma vez implementado o simulador, realizaram-se ensaios com a intenção de caracterizar a irradiância na superficíe de ensaio e analisar requisitos de procedimento de estabilidade sugeridos pelas normas da Comissão Eletrotécnica Internacional. Por fim, analisou-se os dados obtidos e comparou-se com os dados teóricos. Conclui-se que este tipo de simulador solar para a exposição prévia de módulos fotovoltaicos é viável e cumpre bem sua função.

Most photovoltaic modules show some degradation of electrical performance observed soon after they are exposed to sunlight. For some technologies, it is necessary to adopt a procedure to take it to its stabilization before characterizing it. The aim of this thesis is to develop and classify a solar simulator to subject photovoltaic modules to irradiation and temperature conditions, as established in the International Electrotechnical Commission standards, in order to achieve the electrical performance stability of these devices. This development was possible with the use of computational tools for illuminance, selection of lamps with spectral distribution and illuminance compatible with the demand, spectral analysis of the emitted radiation with spectroradiometer and its comparison with the standard solar spectrum, building of support stand for the modules, ventilation in the continuous lighting chamber for temperature stabilization and observing the light-soaking requirements described in IEC 61215-2. It is focused the adaptation of the spectrum of output of the simulator to the reference of the spectral distribution of the solar radiation in the visible spectrum AM 1,5G, for which the spectral correspondence and spatial nonuniformity of the class C irradiance and for temporal stability class A, as described in the classification conditions indicated in IEC 60904-9. At the same time, a study was carried out of the spectral qualification of the light source of the solar flash simulator for the testing of photovoltaic modules in LABSOL. It was found that it is necessary to use representative reference cells of the same technology of the photovoltaic module to be tested or to carry out periodic tests determined the deviations due to the spectral mismatch and possible changes of behavior of the sources of radiation in the simulator throughout its life. Once the simulator was implemented, tests were carried out with the intention of characterizing the irradiance on the test surface and analyzing stability procedure requirements suggested by the standards of the International Electrotechnical Commission. Finally, the data obtained were analyzed and compared with the theoretical data. It is concluded that this type of solar simulator for the previous exposure of photovoltaic modules is feasible and fulfills its function well.