Análise da dependência dos coeficientes térmicos de módulos fotovoltaicos com a irradiância solar

Abstract

A energia solar fotovoltaica é uma fonte intermitente de energia e depende de diversos fatores, tais como disponibilidade de radiação solar, inclinação do painel fotovoltaico, eficiência de conversão da célula, temperatura de operação da célula, entre outros. Os módulos fotovoltaicos possuem coeficientes térmicos que representam o comportamento de alguns parâmetros em função da temperatura. Em geral, tais coeficientes são considerados constantes ao longo da faixa de irradiâncias. Neste trabalho é feita uma proposta de obter equações empíricas que modelem o comportamento dos coeficientes térmicos de módulos fotovoltaicos em função da irradiância solar. Foram feitos ensaios de medida da curva I-V de sete módulos fotovoltaicos de silício cristalino e um módulo de tecnologia CIS. A partir destas curvas foram extraídos os parâmetros: corrente de curto-circuito (Isc), tensão de circuito aberto (Voc) e potência máxima (Pmp), que foram utilizados para calcular os coeficientes térmicos dos módulos fotovoltaicos. A variação de Isc com a temperatura é utilizada para determinação do coeficiente térmico α. Já a variação de Voc com a temperatura é usada para determinar o coeficiente térmico β. E, por fim, a variação de Pmp com a temperatura é utilizada para determinar o coeficiente térmico ϒ. Foi observado que a variação de α em função da irradiância não justificava uma abordagem, sendo assim, foi considerado constante ao longo da faixa de irradiâncias estudada, de 100 a 1000 W/m². Para o coeficiente térmico β foi proposta uma equação obtida a partir de regressão linear que modela a variação deste parâmetro em função da irradiância. Para tanto é necessário possuir o valor de β obtido nas condições de teste padrão (STC), que é fornecido pelos fabricantes nos catálogos dos módulos. No caso do coeficiente térmico ϒ foi observado uma variação deste parâmetro em função da irradiância, entretanto não foi feita uma abordagem para modelar essa variação pois depende da variação de α e β e, portanto, não foi encontrado um modelo adequado a todos os casos. Tendo em mãos a equação proposta neste trabalho é possível adicioná-la a programas computacionais que calculam e simulam o desempenho de sistemas fotovoltaicos.

Photovoltaic solar energy is an intermittent source of energy and depends on several factors, such as availability of solar radiation, inclination of the photovoltaic panel, cell conversion efficiency, cell operating temperature, among others. The photovoltaic modules have thermal coefficients that represent the behavior of some parameters as a function of temperature. In general, such coefficients are considered constant over the irradiance range. In this work, a proposal is made to obtain empirical equations that model the behavior of the thermal coefficients of photovoltaic modules as a function of solar irradiance. Tests were carried out to measure the I-V curve of seven crystalline silicon photovoltaic modules and one module of the CIS technology. From these curves, the parameters were extracted: short-circuit current (Isc), open circuit voltage (Voc) and maximum power (Pmp), which were used to calculate the thermal coefficients of the photovoltaic modules. The Isc variation with temperature is used to determine the thermal coefficient α. Voc variation with temperature is used to determine the thermal coefficient β. Finally, the variation of Pmp with temperature is used to determine the thermal coefficient ϒ. It was observed that the variation of α as a function of irradiance did not justify an approach, therefore, it was considered constant over the studied irradiance range, from 100 to 1000 W/m². For the thermal coefficient β, an equation obtained from linear regression that models the variation of this parameter as a function of irradiance was proposed. Therefore, it is necessary to have the value of β obtained under standard test conditions (STC), which is provided by the manufacturers in the module datasheets. In the case of the thermal coefficient ϒ a variation of this parameter was observed as a function of irradiance, however an approach was not taken to model this variation as it depends on the variation of α and β and, therefore, an adequate model was not found in all cases. Having in mind the equation proposed in this work, it is possible to add it to computer programs that calculate and simulate the performance of photovoltaic systems.