Metodologia e instrumentação para ensaios de séries e arranjos fotovoltaicos de grande porte

Abstract

Para a operação e manutenção de sistemas de geração de eletricidade que utilizam a tecnologia fotovoltaica, diversos testes elétricos e não elétricos devem ser conduzidos durante sua vida útil. Um dos ensaios relevantes é o que permite levantar a curva I-V (corrente versus tensão) do gerador fotovoltaico, pois através da análise da sua curva característica é possível chegar a resultados que permitem avaliar o seu desempenho e qualidade além de permitir o diagnóstico de alguns defeitos previstos. Para a sua obtenção é necessário aplicar um equipamento específico que atenda os limites de tensão e corrente da amostra que está sendo testada. Assim, este trabalho descreve as etapas de desenvolvimento e construção de um equipamento traçador de curvas I-V para aplicação em arranjos fotovoltaicos com tensões e correntes de até 1.200 V e 100 A, respectivamente. A proposta contempla o desenvolvimento do hardware e do software necessário para avaliação dos parâmetros elétricos possíveis de serem extraídos do ensaio de curva I-V. Também foi proposta uma metodologia com objetivo de orientar o diagnóstico de falhas através da forma da curva I-V. A calibração do instrumento permitiu avaliar que a incerteza elétrica na medida da tensão e da corrente foi inferior a 0,6% nas quatro escalas, considerando o pior caso. As medidas de temperatura de célula e irradiância solar apresentam incertezas absolutas de 0,6 °C e 35 W/m², respectivamente. Através dos ensaios realizados em um arranjo de 50 kW de uma usina fotovoltaica, foi possível avaliar o desempenho do equipamento, comprovando que apresenta as características necessárias para uso em sistemas fotovoltaicos de grande porte.

Several electrical and non-electrical tests must be conducted throughout the life cycle of a photovoltaic plant, either for the operation as well as the maintenance of electricity generation systems using this technology. One of the most significant test is the determination of the photovoltaic device I-V curve. From the analysis of the I-V curve the quality and performance of the photovoltaic generator can be evaluated and many defects can be detected and diagnosed. Therefore, an apparatus capable of withstanding the voltage and current limits of the specimen under test is required. This work proposes the steps of development and construction of an I-V curve tracer device for applications in photovoltaic systems with voltages up to 1,200 V and currents up to 100 A. This proposal contemplates the development of the hardware and software necessary to evaluate the electrical parameters that can be inferred from the I-V curve test. A methodology was also proposed in order to guide the diagnosis of failures from the analysis of the the I-V curve shape. The calibration of the instrument revealed that the electrical uncertainties in the measurement of voltage and current were less than 0.6% in the four scales, considering the worst case. The absolute uncertainty in the measurement of temperature was of 0.6 °C and in the irradiance was of 35 W/m². From the tests carried out in a 50 kW array of a PV plant it was possible to evaluate the performance of the equipment, demonstrating that it has the necessary characteristics for use in large PV systems.