Características de salida PV y modelo de diodo único
Índice:
1. Características de salida fotovoltaica
2. Modelo de diodo único
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Modelo matemático para diodos
modelo ideal de un solo diodo
especificaciones de una célula fotovoltaica
Identificación de parámetros en STC
método newton-raphson
caso de estudios
3. Precisión y rendimiento del modelo.
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Casos de estudio
4. variación ambiental de irradiancia y temperatura
5. Implementación del modelo de ISDM en respuesta a la variación ambiental
6. Resumen
Sección 1: Características de salida fotovoltaica – Tres puntos importantes
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Las características de salida de las celdas, módulos, cadenas o conjuntos PV se
presentan comúnmente mediante curvas I-V y P-V en estado estacionario a corto
plazo (STSS).
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Tres puntos importantes se refieren al voltaje de circuito abierto, la corriente de
cortocircuito y el punto de punto máximo bajo una condición ambiental específica.
La potencia se reduce lejos del MPP hasta que el valor cero alcanza circuito abierto
o cortocircuito.
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Sección 1: Características de salida fotovoltaica – responder a la irradiancia
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Un modelo de simulación FV debería poder representar las características de salida FV con
respecto a la variación de irradiancia en cada estado estacionario a corto plazo (STSS).
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Características eléctricas representadas por potencia versus voltaje (P-V) y corriente versus
voltaje (I-V).
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Sección 1: Características de salida fotovoltaica – responder a la temperatura
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Un modelo de simulación FV debería poder representar las características de salida FV con
respecto a la variación de temperatura en cada estado estacionario a corto plazo (STSS).
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Características eléctricas representadas por potencia versus voltaje (P-V) y corriente versus
voltaje (I-V).
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Sección 2.0: Modelo de diodo único – Fotovoltaico VS diodo
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La celda PV común está construida por un área grande de unión p-n que está hecha de silicio.
Un diodo común también está hecho de silicio cristalino y está formado por la unión p-n.
Con una fuente de corriente alimentada por la luz solar, el modelo de diodo se puede utilizar
para representar las características de salida de las células fotovoltaicas de base cristalina.
Corriente de fotones, iph es producida por la luz solar
La corriente de diodo (id) da forma a la salida características
El circuito equivalente para representar las características de la celda PV se denomina
modelo de diodo único ideal (ISDM), que se considera el más simple.
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Sección 2.1: Modelo de diodo único – Modelo matemático para modelos de diodos
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Las uniones p-n son "componentes básicos" elementales de la mayoría de los dispositivos
electrónicos semiconductores, como diodos, transistores, células solares, LED y circuitos
integrados.
Según la teoría de Shockley, las características I-V del diodo de unión p-n no son lineales y
pueden representarse mediante la forma exponencial:
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Sección 2.2: Modelo de diodo único – Modelo de diodo único ideal (ISDM)
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Como vpv = vs, el modelo matemático del modelo de diodo único ideal (ISDM) para PV:
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Desde que se introduce iph, se deben identificar tres parámetros desconocidos en el ISDM
para representar las características de I-V:
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corriente de fotones (iph) producida por irradiancia solar
corriente de saturación de polarización inversa de diodo (is)
El factor de idealidad del diodo (An) da forma a la I-V.
Una práctica común para identificar los parámetros del modelo FV se basa en los datos
proporcionados por el fabricante del producto FV.
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Sección 2.3: Modelo de diodo único – Especificaciones de las células fotovoltaicas
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Informacion general:
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Factor de corrección basado en irradiancia:
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Sección 2.4: Modelo de diodo único – Identificación de parámetros en STC
 En el STC, tres parámetros desconocidos (iph, ISS y
An) se consideran los parámetros constantes que deben
identificarse.
 Cuando el terminal está en cortocircuito, vd = 0 = ⇒
id = 0, luego iph = ISCS, que se conoce en STC.
 Dos parámetros desconocidos de ISS y An left.
 Condición de circuito abierto (OCC):
 VTCS llamado como voltaje térmico, constante en
STC.
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Sección 2.4: Modelo de diodo único – Identificación de parámetros en STC
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Se pueden combinar dos restricciones de OCC y MPP para formar una ecuación con una An
desconocida:
 Una nueva variable de Ainv se define como el
recíproco de An, Ainv = 1 / An.
 C1−3 son constantes en (2).
 Resolviendo la ecuación no lineal (2) para Ainv, y
luego el factor de idealidad An.
 La ecuación (2) puede resolverse mediante muchas
técnicas numéricas.
 Con Matlab, se puede usar la función "resolver" o
"resolver".
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Sección 2.5: Modelo de diodo único – Metodo Newton Raphson
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El método de Newton-Raphson (NRM), o simplemente el método de Newton, es una técnica
numérica para resolver ecuaciones no lineales, que puede estimar la raíz de (2).
La derivación de f (Ainv) en (3), se requiere para la iteración de Newton-Raphson.
Volviendo a la física fundamental de la unión p-n, el factor de idealidad (An) generalmente
varía de 1 a 2.
Por lo tanto, el valor de Ainv puede asignarse inicialmente a Ainv (0) = 0.7 como punto de
inicio.
La iteración numérica puede comenzar con la estimación inicial Ainv (0) y continuar con el
procedimiento de actualización en (4) hasta converger.
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Sección 2.5: Modelo de diodo único – Metodo Newton Raphson
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NRM actualiza numéricamente el valor de Ainv hasta que f (Ainv) = ⇒ 0.
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La tolerancia se define por el error
máximo (por ejemplo, Err = 10−6).
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Si se cumplen las restricciones, la
iteración se detiene y el valor de (An) se
finaliza y satisface (1).
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La identificación falla si se alcanza el
número iterativo máximo (por ejemplo, N
= 100).
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Con el valor conocido de An, el otro
parámetro, ISS, en STC, se puede
determinar por:
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Sección 2.6: Modelo de diodo único – Casos de estudio
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Basado en el ejemplo de MOTECH IM156B3, se pueden identificar los parámetros del
modelo: An = 1.48, ISS = 8.17 × 10−7 A e ISCS = 8.38 A.
Las características de corriente y voltaje (I-V) en STC se pueden representar por ipv = 8.38 8.17 × 10−7 × (e 26.29Vpv - 1) y ppv = ipv × vpv.
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Datos del producto:
VOCS = 0.614 V
ISCS = 8.38 A
IMS = 7.85 A
VMS = 0.509 V

¿Bastante precisa?
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Sección 2.6: Modelo de diodo único – Casos de estudio
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El pequeño módulo fotovoltaico
para ELEC5206 y
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El laboratorio ELEC5207 está
clasificado como 10 W en STC. A través del
proceso de modelado de ISDM: An = 2.0 e ISS
= 5.753 × 10−6 A
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¡El modelo celular es la
base!
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Celda en serie: Ns = 36
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Voltaje del módulo: Ns ×
vpv
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Sección 3.0: Precisión y rendimiento del modelo
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Los datos del fabricante siempre muestran los tres puntos importantes en las condiciones
de prueba estándar (STC).
Se puede definir el índice de rendimiento de modelado.
Desviación de voltaje de circuito abierto:
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Desviación de la corriente de cortocircuito:
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V ̃OCS y VOCS representan los valores del voltaje de circuito abierto que se generan a partir
del modelo de simulación y los datos del producto, respectivamente.
̃ISCS e ISCS representan los valores de la corriente de cortocircuito que se generan a partir
del modelo de simulación y los datos del producto, respectivamente.
La corriente de cortocircuito representa el nivel de corriente más alto.
El voltaje de circuito abierto muestra el nivel de voltaje más alto.
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Sección 3.0: Precisión y rendimiento del modelo
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La precisión de modelado del MPP es importante ya que representa la potencia nominal.
Tanto el valor como la ubicación del punto de máxima potencia modelado (MPP) deben
preocuparse.
La distancia desde el verdadero MPP en la gráfica de voltaje de potencia (P-V) se puede
utilizar como índice de rendimiento para cuantificar la precisión del modelado.
La distancia desde el verdadero MPP se normaliza y calcula como:
donde P M
̃ PP y V ̃MPP representan el valor de la potencia máxima y el voltaje MPP
correspondiente, respectivamente, que son generados por el modelo PV.
Por lo tanto, el valor de DMPP se usa como el índice de rendimiento para indicar qué tan
precisa es la salida del modelo de simulación para representar el verdadero MPP.
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Sección 3.1: Precisión y rendimiento del modelo – Casos de estudio
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La hoja de datos del producto muestra: VMS = 0.509 V, IMS = 7.85 A y PMS = 3.99 W.
El modelo matemático da: V ̃MS = 0.512 V, ̃IMS = 7.81 A y P ̃ MS = 3.9969 W.
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Precisión ISDM en STC: DOC = 0; DSC = 0; DMPP = 0.0059, ¡bajo pero distinto de cero!
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Sección 4: variación ambiental de irradiancia y temperatura
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La corriente de fotones y la corriente de saturación de diodos cambian con la irradiancia
solar y la temperatura de la celda.
Las características I-V de los modelos de simulación deberían responder a la variación
ambiental.
El fabricante de la celda PV generalmente proporciona los coeficientes de corrección.
Los coeficientes de temperatura para la corriente de salida PV, el voltaje y la potencia se
simbolizan como αT, βT y γT, respectivamente.
El ejemplo de IM156B3-164 se muestra como:
El aumento de la temperatura aumenta ligeramente la salida de corriente, pero reduce
significativamente el voltaje y la salida de potencia.
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Sección 4: Corriente de fotones en respuesta a temperatura e irradiancia
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La corriente de fotones es la corriente de cortocircuito, que es principalmente proporcional
al valor de irradiancia.
Cuando la condición de funcionamiento se desvía del STC, el valor de iph debe actualizarse
mediante:
Ea representa el valor de irradiancia instantánea; ∆T simboliza la diferencia entre la
temperatura de la celda TC de la temperatura en el STC, que está clasificada como 25 ° C o
298 ° K.
Las constantes, ISCS y ESTC se refieren a la corriente de cortocircuito en el STC y al nivel de
irradiancia, 1000W / m2 en el STC.
Cuando se conoce la corriente corta en STC, la corriente de fotones se puede derivar para
responder a la variación en irradiancia y temperatura.
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Sección 4: Voltaje en respuesta a temperatura e irradiancia
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El voltaje de circuito abierto correspondiente a la variación de la irradiancia y la temperatura
de la celda se puede expresar como: vOC (Ea, ∆T) = VOCS (1 + βT ∆T) νT.
Con respecto a la variación de la temperatura de la celda, el factor de corrección se refiere
al valor dado βT en la hoja de datos del producto.
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El coeficiente de irradiancia en el voltaje, νT, es no
lineal, lo que generalmente se da en una tabla.
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El polinomio se puede usar para representar:
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En función de los datos dados de IM156B3-164, la herramienta de software puede
identificar los parámetros CE (1−3), como la función "ajuste" en MATLAB.
Sección 4: Voltaje en respuesta a temperatura e irradiancia
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El ajuste de la curva polinómica para la corrección de voltaje generalmente muestra una
buena coincidencia con los coeficientes del producto.
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Por lo tanto, el voltaje de circuito abierto correspondiente a la variación de la irradiancia y
la temperatura de la celda puede corregirse.
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Sección 5: Implementación del modelo de ISDM en respuesta a la variación ambiental
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El valor de la corriente de saturación del diodo es (Ea, ∆T) puede determinarse en la
condición de circuito abierto, y puede actualizarse de acuerdo con los valores instantáneos
de voc (Ea, ∆T)) e iph (Ea, ∆T) .
La ecuación característica I-V de una celda PV se puede realizar con la corrección en tiempo
real de la irradiancia solar (Ea) y la temperatura de la celda (Tc).
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Sección 5: Diagrama de flujo para salida de celda pv de simulación en tiempo real de isdm
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Se consideran dos parámetros ambientales
como las entradas que incluyen los valores
instantáneos de Ea y TC.
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La corriente de la celda PV, ipv, se actualiza
cada ciclo por (5), que se basa en la variación en
tiempo real del voltaje de salida de la celda, vpv y las
condiciones ambientales.
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Las variables, iph (Ea, ∆T), vOC (Ea, ∆T) y is
(Ea, ∆T) siempre se actualizan en tiempo real para la
simulación.
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El factor de idealidad An puede ser asumido
como un parámetro constante después de
identificado en fuera de línea.
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¿Corrección de temperatura en An para
baja DMPP?
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Sección 5: simuñlink para simulación en tiempo real de salida de celda pv de isms
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Sección 6: Resumen
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La simulación por computadora es importante para reproducir el comportamiento de los
sistemas de energía fotovoltaica en respuesta a diversas condiciones ambientales y de
carga.
La potencia nominal de la celda o módulo FV se refiere al punto de máxima potencia en STC.
El modelo ideal de un solo diodo (ISDM) es simple pero sobre todo suficiente para
representar las características eléctricas de la celda o módulo PV.
Después del proceso de modelado utilizando el ISDM, todos los parámetros se pueden
determinar de acuerdo con la hoja de datos del producto.
En STC, el ISDM no muestra ningún error en los puntos de cortocircuito y circuito abierto,
DOC = 0 y DSC = 0, ya que se incluyen ambas restricciones para la identificación de
parámetros.
La desviación (DMPP) se presenta como distinta de cero al comparar el modelo reclamado
y la hoja de datos MPP.
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Sección 6: Resumen
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La restricción para el MPP se basa en la condición de que la curva I-V producida por el
modelo pase a través del MPP, dada por la hoja de datos del fabricante.
De hecho, el proceso de modelado ISDM no limita el MPP dado por la hoja de datos del
producto como el valor extremo que aparece en la función P-V.
En el ejemplo de modelado, DMPP se evalúa como 0.0059, que tiene un valor bajo pero
distinto de cero.
La principal desventaja del ISDM es la presencia del valor distinto de cero de DMPP.
Se pueden considerar modelos más completos si el DMPP distinto de cero se vuelve
significativo.
Parte de la discusión está disponible en el Capítulo 4 del libro.