Efeitos da distribuição espectral da radiação solar na caracterização de dispositivos fotovoltaicos de diferentes tecnologias
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Data
2021Autor
Orientador
Co-orientador
Nível acadêmico
Doutorado
Tipo
Assunto
Resumo
Atualmente existem diversas tecnologias de fabricação de módulos fotovoltaicos e muitas pesquisas são realizadas para melhorar a eficiência de células e módulos tais como associação de diferentes materiais com respostas espectrais diferentes e melhorias nos processos de fabricação. Percebe-se também que, mesmo com vários estudos existentes sobre a variação do espectro solar ainda faltam estudos mais aprofundados dos seus efeitos em campo. Diante deste quadro busca-se com este trabalho avaliar, ...
Atualmente existem diversas tecnologias de fabricação de módulos fotovoltaicos e muitas pesquisas são realizadas para melhorar a eficiência de células e módulos tais como associação de diferentes materiais com respostas espectrais diferentes e melhorias nos processos de fabricação. Percebe-se também que, mesmo com vários estudos existentes sobre a variação do espectro solar ainda faltam estudos mais aprofundados dos seus efeitos em campo. Diante deste quadro busca-se com este trabalho avaliar, através de fontes luminosas que simulam a radiação solar, através de medições de espectros solares ao ar livre e também através de simulações computacionais da radiação solar a partir de modelos de transferência radiativa que utilizam parâmetros atmosféricos como dados de entrada, o efeito destas diferentes distribuições espectrais sobre o fator de descasamento espectral, e também sobre o fator de descasamento experimental, em cinco tecnologias de fabricação de módulos, sendo quatro módulos de filmes finos (CIGS, CdTe, a-Si (TJ), a-Si/µ-Si) e uma célula de c-Si. Para isso, foram utilizadas células de referência de c-Si com filtros, que simulam a tecnologia dos módulos ensaiados sem apresentar efeitos metaestáveis. Todas as medições das células de referência e também dos módulos em teste foram registradas de forma sincronizada com digitalizadores de 16 bits. Foram descritos os processos de instalação e de medição das células de referência, dos shunts, dos digitalizadores e dos módulos no simulador solar e também em uma câmara climatizada rotativa para ensaios ao ar livre. Efetuou-se o cálculo do fator de descasamento espectral das junções de cada um dos módulos em relação à tecnologia c-Si, para posterior determinação, em simulador solar, da corrente de curto circuito teórica de cada junção. Foram utilizadas distribuições espectrais da radiação solar, geradas por programa de transferência radiativa e também distribuições medidas através de espectrorradiômetro, relativos aos mesmos dias, horas e minutos das medições realizadas ao ar livre em uma câmara climatizada no Labsol. Avaliou-se também os efeitos, no verão e no inverno, de espectros simulados, para as cinco regiões do Brasil, em módulos com diferentes respostas espectrais. No simulador solar, foi avaliado o efeito da variação espectral da irradiância nos módulos testados. Como resultado deste trabalho foi validada uma metodologia de medição simultânea ao ar livre do fator de descasamento experimental; foi demonstrado o efeito da variação espectral da radiação solar sobre algumas tecnologias de módulos nas cinco regiões do Brasil e também foi demonstrado o efeito da variação espectral do simulador solar nos módulos avaliados. Conclui-se que, as comparações entre os resultados das medições ao ar livre em uma câmara climatizada e os resultados dos cálculos e simulações apresentaram entre si variações médias de 1%, sendo portanto, coerentes e validando desta forma a metodologia de medição simultânea realizada. ...
Abstract
Presently, there are several technologies for the manufacture of photovoltaic modules and much research is carried out to improve the efficiency of cells and modules such as the association of different materials with different spectral responses and improvements in manufacturing processes. It is also noticed that, even with several existing studies on the variation of the solar spectrum, further studies of its effects in the field still lack. Given this situation, this work is to evaluate, thr ...
Presently, there are several technologies for the manufacture of photovoltaic modules and much research is carried out to improve the efficiency of cells and modules such as the association of different materials with different spectral responses and improvements in manufacturing processes. It is also noticed that, even with several existing studies on the variation of the solar spectrum, further studies of its effects in the field still lack. Given this situation, this work is to evaluate, through light sources that simulate solar radiation, through measurements of outdoor solar spectra and also through computational simulations of solar radiation from models of radiative transfer that use atmospheric parameters as input data, the effect of these different spectral distributions on the spectral mismatch factor, and also on the experimental mismatch factor, in the five modules manufacturing technologies, in the four thin film modules and in one c-Si cell. For this, c-Si reference cells with filters were used, which simulate the technology of the tested modules without presenting metastable effects. All measurements of the reference cells and also of the modules under test were recorded in synchronized with 16-bit digitizers. The installation and measurement processes of reference cells, shunts, digitizers and modules in the solar simulator and also in a rotating air-conditioned camera for outdoor testing, were described. The spectral mismatch factor of the junctions of each of the modules was performed in relation to the c-Si technology, for subsequent determination, in the solar simulator, of the theoretical short circuit current of each junction. Spectral distributions of solar radiation were used, generated by radiative transfer program and also distributions measured by spectroradiometer, relative to the same days, hours and minutes of measurements performed outdoors in an air-conditioned chamber in Labsol. The effects of simulated spectra for the five regions of Brazil were also evaluated in modules with different spectral responses. In the solar simulator, the effect of spectral variation of irradiance on the tested modules was evaluated. As a result of this work, a simultaneous outdoor measurement methodology of the experimental mismatch factor was validated; the effect of spectral variation of solar radiation on some module technologies in the five regions of Brazil was demonstrated and the effect of spectral variation of the solar simulator on thex evaluated modules was also demonstrated. It was concluded that the differences between the results of the outdoor measurements in an air-conditioned chamber and the results of the calculations and simulations presented between them average variations of 1%, being therefore coherent and thus validating the methodology of simultaneous measurement performed. ...
Instituição
Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais.
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Engenharias (7385)
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