Tesis:
Dispersion of operating voltage and temperature in PV generators: influence in mismatch power losses and uncertainty in outdoor PV module characterisation
- Autor: ROSSA, Carlos Henrique
- Título: Dispersion of operating voltage and temperature in PV generators: influence in mismatch power losses and uncertainty in outdoor PV module characterisation
- Fecha: 2022
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S.I. Y SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN
- Departamentos: INGENIERIA TELEMATICA Y ELECTRONICA
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/70344/
- Director/a 1º: MARTÍNEZ MORENO, Francisco
- Director/a 2º: LORENZO PIGUEIRAS, Eduardo
- Resumen: Los ensayos de caracterización de sistemas fotovoltaicos a sol real tienen una componente de incertidumbre relacionada con la dispersión de temperatura presente en los módulos fotovoltaicos que componen un generador. El hecho de que cada módulo opere a distinta temperatura origina pérdidas por dispersión en los generadores, tanto en aquellos constituidos por módulos monofaciales como los formados por módulos bifaciales. En estos últimos se añade una componente adicional de dispersión que aumenta estas pérdidas: la no-uniformidad de la irradiancia que alcanza la parte posterior de los módulos. Esta Tesis se centra, por un lado, en analizar la dispersión de temperatura que existe entre los módulos fotovoltaicos durante los ensayos de caracterización a sol real y cómo se debe tratar esta dispersión para obtener resultados precisos y con poca incertidumbre. Por otro, trata de determinar el valor real de las pérdidas de dispersión en la generación de energía de los generadores, estimando el peso relativo de las diferentes componentes que contribuyen a estas pérdidas. Para eso, la presente Tesis se apoya en una extensa campaña experimental, con medidas efectuadas durante 4 años (entre 2017 y 2020) en los laboratorios exteriores del IES ̶ UPM Campus Sur, que ha desembocado en la propuesta de varios procedimientos. Un primer procedimiento se ha diseñado para caracterizar módulos a sol real en el exterior y que corrige la diferencia de temperatura existente entre los módulos bajo ensayo y el módulo de referencia. Esta corrección permite reducir la incertidumbre de la caracterización en exterior, siendo lo suficientemente baja como para sea comparable con la obtenida en controles de calidad en laboratorio de interior (en el rango del 1%). Un segundo procedimiento está basado en la medida de las tensiones de operación de los módulos que componen un generador, útil para estimar el impacto de la dispersión de temperatura en la producción de energía de los generadores fotovoltaicos, tanto monofaciales como bifaciales. Este procedimiento permite estimar el peso de las diferentes componentes de las pérdidas de dispersión totales. En generadores monofaciales, estas pérdidas alcanzan valores de entre el 0,1% y el 0,2% de la energía producida, correspondiendo aproximadamente la mitad de las pérdidas a componentes intrínsecas (diferencias en la constitución interna de los módulos) y la otra mitad a componentes extrínsecas (diferencias en la temperatura de operación). Además, se ha observado que estas pérdidas se incrementan a una tasa del 0,04% por año. En el caso de generadores bifaciales, estas pérdidas de dispersión suponen entre el 0,2% y el 0,4% de la energía producida, siendo un 0,01% debido a las diferencias intrínsecas entre los módulos, un 0,1% a las diferencias de temperatura (similares a los monofaciales) y el resto (cerca de la mitad de las pérdidas) originadas por la no-uniformidad de la irradiancia posterior. ----------ABSTRACT---------- The measurements of photovoltaic systems at the real sun have an uncertainty component related to the temperature dispersion present at the photovoltaic modules that make up a generator. The fact that each module operates at different temperatures originates mismatch losses at the generators, both on generators makeup by monofacial modules or bifacial modules. In the latter, it is added a dispersion component which increases these losses: the non-uniformity of the irradiance that reaches the backside from these modules. This Thesis is focused, for one hand, on analysing the temperature dispersion that exists between the photovoltaic modules during the measurements in the real sun and how it must be treated to obtain more precise results with less uncertainty. On the other hand, it tries to determine the real value of the mismatch losses at the energy generation from the generators, estimating the relative weight of the different components that contribute to these losses. For that, the present Thesis is supported in an extensive experimental campaign, with measurements proceeded during 4 years (between 2017 and 2020) at the external laboratories of IES-UPM Campus Sur, which has led to the proposing of many procedures. A first procedure was designed to characterise outdoor modules in real sun, correcting the temperature difference between the modules under test and the reference module. This correction allows reducing the uncertainty in the outdoor characterisation, being low enough to be compared with the obtained uncertainty in indoor quality controls (at the range of 1%). A second procedure is based on the operating voltage measurements from the modules that make up a generator, useful to estimate the impact of the temperature dispersion in the energy production from the photovoltaic generators, both monofacials and bifacials. This procedure allows estimating the weight of the different mismatch losses components in the total mismatch loss. In monofacial generators, these losses reach values between 0.1% and 0.2% from the produced energy, corresponding the intrinsic components approximately to the half of the losses (differences in the internal modules constitution) and the other half to the extrinsic components (differences in the operating temperature). Furthermore, it was observed that these losses increase at a rate of 0.04% per year. For the bifacial generators, these mismatch losses are between 0.2% and 0.4% from the produced energy, being 0.01% due to intrinsic differences between the modules, about 0.1% due to temperature differences (similar to the monofacials) and the rest (about the half of losses) are originated due to non-uniformity of the rear side irradiance.