MÉTODO PARA TRAÇAR A CURVA I-V DE UM ARRANJO FOTOVOLTAICO SOB CONDIÇÕES DE SOMBREAMENTO PARCIAL

Resumo

Países ao redor do mundo estão cada vez mais preocupados com a emissão de dióxido de carbono, sendo que, combustíveis fósseis são a principal fonte de eletricidade usada atualmente, todavia, estas estão sendo substituídas por fontes renováveis de energia, como, a energia fotovoltaica (FV). Deste modo, faz se necessário conhecer o comportamento desta tecnologia para diversas condições de operação. Módulos fotovoltaicos durante sua vida útil são submetidos a diferentes condições de temperaturas e irradiâncias. Este trabalho apresenta as diferenças na característica de um arranjo FV para circunstâncias onde esse está submetido a irradiância uniforme e para irradiâncias não-uniforme. Ou seja, quando ocorre um sombreamento, quer seja total ou parcial. A curva característica de uma célula FV (curva I-V) contém informações importantes da mesma, como: a corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto, corrente de máxima potência e a tensão de máxima potência. As células em um módulo FV estão conectadas em série, portanto, elas possuem a mesma corrente e suas tensões são somadas. Quando um sombreamento acontece, a célula para de produzir potência e torna-se uma carga, e então cria um ponto quente. Entretanto, módulos FV geralmente contém diodos de bypass conectados em antiparalelo com conjuntos de células, produzindo um caminho alternativo para corrente, protegendo a célula sombreada. Quando um sombreamento total ocorre, o diodo de bypass passa a conduzir, consequentemente, a tensão do módulo cai proporcionalmente à quantidade de células que foram desabilitadas, entretanto, a corrente no módulo FV continua a mesma. Em contra partida, para uma situação de sombreamento parcial de uma célula, inicialmente o diodo está conduzindo, porém, a medida que a tensão cresce a corrente do módulo FV é limitada pela corrente do arranjo e o diodo para de conduzir. Contudo, tensão desse módulo permanece a mesma, todavia, é criado um ponto de inflexão. Para cálculo da tensão de inflexão foi realizada uma modelagem matemática com base nos métodos da função Lambert e do método de submontagem. A modelagem foi baseada no modelo equivalente da célula FV, como também nas equações que regem o sistema. De modo que, desenvolveu-se um algoritmo para traçar a curva I-V para condições de sombreamento parcial de um arranjo FV. E para isso, utilizou-se o módulo FV da Kyocera KC40T para obtenção dos resultados. Realizou-se uma comparação entre os dois métodos utilizados para o cálculo da tensão de inflexão, e através de uma análise gráfica verificou-se que o método da função Lambert é o mais próximo do resultado esperado. Em suma, a análise de sombreamentos de células FV também se aplica a arranjos FV, desde que haja diodos de bloqueio. Além disso, o ponto de inflexão causa inúmeros pontos de máxima potência locais, tal fato faz com que os inversores de frequência comerciais muitas vezes não extraiam a máxima potência do arranjo para essa condições, causando perdas no sistema.