Desenvolvimento e caracterização de um simulador solar contínuo para módulos fotovoltaicos com traçador de curvas I-V automatizado

Abstract

Simuladores solares de grande área e exposição contínua são necessários para ensaios light-soaking em módulos fotovoltaicos comerciais. Esta Tese propõe o desenvolvimento, caracterização e testes de um simulador deste tipo com instrumentação e software capaz de monitorar os parâmetros elétricos do módulo em teste durante o próprio ensaio. O simulador foi projetado para atender o procedimento de estabilização previsto na norma IEC 61215 e também possibilitar diferentes ensaios automáticos de exposição solar prolongada. A instrumentação desenvolvida é capaz de obter e tratar as curvas características IV do módulo durante o ensaio em intervalos de tempo desejados, possibilitando traçar perfis de variação das características elétricas dos módulos ensaiados ao longo do tempo. O plano de teste tem dimensões de 1,2 x 2 metros e irradiância de 800 W/m2, que pode ser variada regulando-se a distância entre o plano de medida e as lâmpadas. O simulador foi instalado dentro de um contêiner, sendo composto por 16 lâmpadas de vapor metálico com potência de 1 kW cada. Ventiladores e exaustores são utilizados para o controle de temperatura. A instrumentação é capaz de manter o módulo polarizado no ponto de máxima potência durante o ensaio por meio de fontes de tensão, também utilizadas para traçar as curvas I-V do módulo. A caracterização do simulador é realizada com base nos parâmetros de instabilidade temporal, não-uniformidade espacial e descasamento espectral, demonstrando que o equipamento cumpre com a classificação CCB. Dois módulos com tecnologias de filmes finos foram submetidos a teste de light-soaking. As curvas I-V foram medidas a cada 30 segundos para o módulo CIGS e 20 segundos para o módulo CdTe, com um tempo de aquisição total da curva de 5 s e 200 pares I-V por curva. Os resultados sugerem que a estabilização ocorreu após 5 horas de ensaio para o módulo CIGS e após 50 horas para o módulo CdTe, bem como demonstram a capacidade do simulador em desempenhar as funções para as quais foi projetado, apresentando os perfis de variação dos parâmetros elétricos dos módulos durante o ensaio.

Large-area continuous solar simulators are needed for light-soaking tests on commercial photovoltaic modules. The present Thesis proposes the development, characterization and testing of a simulator of this type with instrumentation and software capable of monitoring the electrical parameters of the tested module during the test. The simulator was designed to meet the stabilization procedure provided in the IEC 61215 standard and also enable different automatic light exposure tests. The developed instrumentation is capable of obtaining and processing the I-V characteristics of the module during the test at desired time intervals, making it possible to track change profiles of the electrical characteristics of the tested modules over time. The test plane has dimensions of 1.2 x 2 meters and an irradiance of 800 W/m2, which can be varied by adjusting the distance between the measurement plane and the lamps. The simulator was installed inside a container, consisting of 16 metal halide lamps with 1 kW each. Axial fans and exhaust fans are used for temperature control. The instrumentation keeps the PV module polarized at the maximum power point during the test by electronic loads, also used to trace the module's I-V curves. The characterization of the simulator is performed based on the parameters of temporal instability, spatial non-uniformity and spectral mismatch, demonstrating that the equipment complies with the CCB classification. Two modules with thin-film technologies were light-soaked. I-V curves were measured every 30 seconds for the CIGS module and every 20 seconds for the CdTe module, with a total I-V curve acquisition time of 5 s and 200 data points per curve. The results showed that the CIGS module stabilized after 5 hours of testing and the CdTe module stabilized after 50 hours. They also demonstrate the ability of the simulator to perform the functions for which it was designed by showing the variation profiles of the electrical parameters of the modules during the test.