Más circuitos equivalentes para modelado fotovoltaico
Indice
1. Más circuitos equivalentes basados en diodos
2. Modelo de diodo único basado en resistencia de derivación
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3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Valor extremo
Newton Raphson
Casos de estudio
modelo único basado en resistencia en serie
Variación con irradiancia y temperatura.
Selección de modelo de los modelos simplificados de diodo único
Modelo de agregación y configuración de salida de terminal
Precisión del modelo y más índices de rendimiento
Modelo completo de diodo único
Resumen
Sección 1: Más circuitos equivalentes basados en diodos – Simplificado
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Además del modelo de diodo único ideal (ISDM), hay otras dos versiones simplificadas
disponibles para representar las características de salida FV.
Los modelos simplificados de diodo único (SSDM) incluyen Rh o RS para representar factores
no ideales.
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Sección 1: Más circuitos equivalentes basados en diodos – Completo
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El modelo ideal de un solo diodo (ISDM) se llama modelo de 3 parámetros que incluye
incógnitas de An, ISS e IPH.
El modelo de diodo simple simplificado (SSDM) se refiere comúnmente a los modelos de 4
parámetros que incluyen adicionalmente Rs o Rh.
El modelo de diodo único completo (CSDM) se refiere principalmente al modelo de 5
parámetros que incluye tanto Rs como Rh.
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Sección 1: Más circuitos equivalentes basados en diodos – Dos diodos
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El modelo de doble diodo (DDM) incluye una fuente de corriente, dos diodos, derivaciones
y resistencias en serie.
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La corriente de salida del DDM se expresa como:
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El término exponencial adicional parece representar el segundo diodo y aumenta la
complejidad del modelo.
Se deben identificar siete parámetros desconocidos en el DDM que incluyen: iph, is1, is2,
A1, A2, RS y Rh.
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Sección 2: Modelo de diodo único basado en resistencia de derivación – Limitaciones del ISDM
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Los parámetros de ISDM pueden identificarse por los puntos de circuito abierto,
cortocircuito y MPP, que proporcionan 3 restricciones.
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La cuarta restricción para la identificación
de parámetros de SSDM puede derivarse del
teorema del valor externo.
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Los máximos de la función P-V se pueden
identificar en el punto crítico, vpv = Vmpp.
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El punto crítico es el MPP (VMS, IMS), que
hace que la derivada sea igual a cero.
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Sección 2: Modelo de diodo único basado en resistencia de derivación – Valor extrema
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Cuando se aplica el SSDM1, se incluye una resistencia de derivación en el circuito.
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En el STC, la operación derivada da como resultado:
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La ecuación se puede simplificar aplicando las constantes y la variable que se definieron
anteriormente.
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Sección 2: Modelo de diodo único basado en resistencia de derivación – Valor extremo
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La corriente de fotones iph es igual a la corriente de cortocircuito y se conoce por SSDM1
en el STC.
La corriente de fotones iph también es equivalente a la suma de la corriente de diodo y la
corriente a través de la resistencia de derivación en la condición de circuito abierto.
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En el punto de máxima potencia (MPP), las características I-V pueden escribirse como} (3),
que también se refiere al STC.
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Un solucionador del sistema puede determinar tres parámetros desconocidos de An, Rh e
ISS a partir de las tres ecuaciones de (1) - (3) para el SSDM1.
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Sección 2: Modelo de diodo único basado en resistencia de derivación – Newton Raphson
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En SSDM1, los parámetros desconocidos pueden definirse como un vector.
Se introduce el Gh desconocido, que se refiere a 1 / Rh. Los index, k, representa la
operación numérica en tiempo discreto.
El método de Newton-Raphson (NR) se opera mediante la iteración numérica y se muestra
como:
(1), (2) y (3) y se muestra como:
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donde, F (xk) se deriva de las tres restricciones en
Sección 2: Modelo de diodo único basado en resistencia de derivación – Newton Raphson
The partial derivation of (1), (2), and (3) are shown as Jk , which is a 3-by-3 matrix:
El método de Newton-Raphson (NR) se puede aplicar para identificar los parámetros desconocidos
mediante la iteración numérica:
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Sección 2: Modelo de diodo único basado en resistencia de derivación – Newton Raphson
 El solucionador comienza con la estimación
de Ainv, Gh e ISS, formando xk inicial.
 Si se han determinado los parámetros
ISDM, se pueden usar para inicializar Ainv e
ISS. El valor de Gh puede comenzar con el
valor cero.
 Cuando la norma del vector incremental,
∆xk, es cercana a cero, la iteración se
detiene y genera xk como final.
 Los parámetros se generan y se convierten
en los parámetros en términos de An, ISS y
Rh, que se utilizan para formar la función de
salida del SSDM1.
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Sección 2: Modelo de diodo único basado en resistencia de derivación – Casos de estudio
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El rendimiento de modelado se puede visualizar trazando la salida del modelo junto con
los datos del producto. A modo de comparación, se incluye la salida ISDM.
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El MPP modelado se identifica en el punto de (0.509V, 7.85 A) que muestra Dmpp = 0, sin
desviación del MPP de la especificación del producto.
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Sección 2: Modelo de diodo único basado en resistencia de derivación – Casos de estudio
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Todos los componentes en el circuito equivalente que se usa para el modelo de celda PV
deben mostrar la representación física.
El valor de An, Rh e ISS que se identificaron para el SSDM1 se muestran como 1.5708, 5.069 Ω y 2.1 × 10−6 A, respectivamente.
Aunque se evita la desviación de MPP, Rh muestra un valor negativo.
Se espera que la resistencia de derivación en SSDM1 sea positiva para mostrar el
significado físico.
Como resultado, el SSDM1 no se considera el modelo apropiado para representar la célula
fotovoltaica específica, IM156B3.
La parametrización se centrará en el modelo de diodo único basado en RS, que se
denomina SSDM2.
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Sección 3: modelo único basado en resistencia en serie – Introducción
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A series resistance, RS, presents in SSDM2.
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El ipv actual aparece dentro del término exponencial y se vuelve implícito.
Además, la corriente de fotones, iph, no se puede reemplazar simplemente por la
corriente de cortocircuito ya que RS causa voltaje residual en la condición de cortocircuito.
Para eliminar el acoplamiento y formar una forma directa para ipv y vpv, la representación
I-V se transforma a la forma V-I de vpv = h (ipv), que se muestra como
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Sección 3: modelo único basado en resistencia en serie – Restricciones
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Por lo tanto, la potencia de salida se expresa como:
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La primera restricción para el solucionador numérico se basa en la condición de
cortocircuito y se muestra en (7).
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Siguiendo la condición de circuito abierto, la segunda restricción se puede establecer
como:
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Sección 3: modelo único basado en resistencia en serie – Restricciones
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Following the MPP, the third constraint can be established as
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La cuarta restricción puede definirse por el teorema del valor extremo,
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El método de Newton Raphson puede usarse nuevamente para resolver las ecuaciones no
lineales.
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Sección 3: modelo único basado en resistencia en serie – NRM
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Sección 3: modelo único basado en resistencia en serie – NRM+
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Muestra cuatro incógnitas que forman el vector, xk, en tiempo discreto.
Basado en las cuatro incógnitas, la derivada parcial puede construir} J (xk), que se
convierte en una matriz de 4 por 4 en tiempo discreto.
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Los detalles de J (xk) y su cálculo
pueden referirse al libro.
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Cuatro incógnitas incluyen An, Rs,
Iph e ISS
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El método de Newton-Raphson (NR) se puede aplicar para identificar los parámetros
mediante la iteración numérica.
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Sección 3: modelo único basado en resistencia en serie – Casos de estudio
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Siguiendo los parámetros dados, los valores de An, Rs, Iph e ISS para el SSDM2 se
identifican por NR como 1.3044, 1.6 mΩ, 8.38 A y 9.3186 × 10−8 A, respectivamente.
Todos los parámetros muestran el significado físico para representar el SSDM2 para la
celda PV específica, IM156B3.
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Sección 4: Variación con irradiancia y temperatura