Tesis:
Nuevos procedimientos de análisis de los datos corriente-tensión de iluminación y de oscuridad para la caracterización de células solares.
- Autor: HAOUARI-MERBAH, Mama
- Título: Nuevos procedimientos de análisis de los datos corriente-tensión de iluminación y de oscuridad para la caracterización de células solares.
- Fecha: 2011
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION
- Departamentos: ELECTRONICA FISICA
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/8223/
- Director/a 1º: RUIZ PEREZ, José maría
- Director/a 2º: TOBIAS GARCIA, Ignacio
- Resumen: El trabajo de la tesis está dedicado al desarrollo de nuevos procedimientos de caracterización de células y generadores solares. Se procede a ajustar datos experimentales a curvas calculadas con el fin de extraer los parámetros que mejor representen el comportamiento del dispositivo de acuerdo con el modelo preestablecido, determinar sus errores estándar y medir la bondad del ajuste. En el Capítulo 1 se introduce el tema de los ajustes paramétricos de características de corriente-tensión de células solares: su filosofía y objetivos, métodos y dificultades son presentados en el estado de arte. También se introducen las ecuaciones de los modelos de generadores fotovoltaicos: con una y dos exponenciales, sin y con resistencias, explícitos e implícitos, con coeficientes de idealidad fijos o variables. En el Capítulo 2 se presenta el ajuste por mínimos cuadrados, que en el caso que nos ocupa consiste en la minimización de la distancia cuadrática entre la característica I-V experimental y la curva calculada de células solares en los casos de iluminación y de oscuridad. Para ello se ha desarrollado un procedimiento iterativo cuyos aspectos matemáticos se describen en este capítulo. Los resultados de este capítulo constituyen la herramienta principal para abordar las diferentes situaciones contempladas a lo largo de la tesis. Definido el error estándar del ajuste de forma que caracterice adecuadamente la distancia media entre la curva y los puntos experimentales, se busca el conjunto de parámetros que lo hace lo más pequeño posible. Este error estándar del ajuste se compone con las contribuciones de los errores o desviaciones individuales de cada punto experimental respecto a la curva teórica. Se trata de un problema de minimización con funciones implícitas y no lineales que se aborda con un proceso iterativo basado en el método de Newton, en cada paso del cual se resuelve un sistema de ecuaciones lineales expresado en forma matricial. Aquí se estudian las propiedades de las matrices de los sistemas y su repercusión en la estabilidad del proceso. Estas matrices, junto con el error del ajuste, también contienen la información sobre los errores estándar, o incertidumbres, que afectan a los parámetros extraídos. A partir de ellas se deriva la matriz de covarianzas. Se describe en este capítulo el criterio de la distancia ortogonal (RDO) a la curva modelo. Este criterio parece el más adecuado en todas las situaciones, aunque debido a su compleja formulación frecuentemente se prefiera usar criterios basados en la distancia vertical. En el Capítulo 3 se expone y aplica el método para el caso de las características corriente – tensión de iluminación. Se trabaja con parámetros normalizados. Como ilustración, se ajustan y extraen los parámetros físicos para varios dispositivos de diversos tamaños y tecnologías de fabricación. Se describe en este capítulo una aproximación a la distancia ortogonal que puede ser aplicada a características representadas en coordenadas lineales. Se han derivado expresiones aproximadas para el cálculo de las desviaciones con lo que se supera la principal desventaja del criterio de la distancia ortogonal que es la dificultad de su implementación. Esas aproximaciones consisten en asignar un peso w a la desviación en cada punto, dependiendo de la pendiente de la curva. Esta formulación incluye el criterio de distancia vertical, que correspondería a un peso siempre igual a uno. Todo esto aligera la escritura del formalismo matemático. Se encuentra que el método basado en esta aproximación funciona muy bien en la determinación del conjunto de cinco parámetros que minimizan la distancia ortogonal. La convergencia del proceso iterativo es rápida. La matriz de covarianzas se usa como fuente de información sobre el desarrollo del proceso iterativo y sus posibles problemas de convergencia, así como sobre los errores estándar (incertidumbres) y las correlaciones entre los parámetros. En el Capítulo 4 se han presentado diferentes criterios para calcular el error estándar del ajuste, compararlos y justificar la elección de uno de ellos. Se comparan tres criterios: el más usado por su simplicidad, el de la distancia vertical, un criterio combinado por tramos que es una primera aproximación al de la distancia ortogonal y, por fin, este último en su versión simplificada. El criterio de la distancia ortogonal se revela como el más apropiado porque conduce a los errores de ajuste más bajos y no tiene especiales dificultades de aplicación, además de tener en cuenta todos los posibles errores experimentales, sean de corriente o de tensión. En el Capítulo 5 se aplica el procedimiento a la extracción de cuatro, cinco o seis parámetros de la célula solar a partir de medidas de la característica I-V de oscuridad. En primer lugar, el criterio RDO se ha adaptado a características representadas en coordenadas semi-logarítmicas. El método se ha estructurado usando el modelo de una y dos exponenciales con factores de idealidad fijos o variables, de forma que se van obteniendo parámetros significativos asegurando lo más posible la estabilidad del proceso. Se encuentra que debido a las fuertes correlaciones entre parámetros es muy difícil extraer seis de ellos mediante minimización del error. El juego de parámetros con el que iniciar el proceso iterativo es muy importante pues puede llevarlo a regiones alejadas del óptimo. Aquí, como en el Capítulo 3, se ha utilizado un método para su obtención, basado en ajustes parciales y en tramos restringidos, que se ha revelado muy efectivo. La tesis concluye con los resultados más relevantes y la perspectiva de trabajos futuros.