Diseño y desarrollo de un emulador solar basado en celdas solares de laboratorio

Abstract

La investigación y desarrollo de sistemas de electrónica de potencia (SEP) aplicados a energía fotovoltaica requieren de curvas de tensión – corriente (IV) estables y repetibles. Para este fin, se dificulta la utilización de paneles solares por su variabilidad ante cambios de iluminación y temperatura como así también por el tamaño y costo de los mismos. Por ello, se desarrollan sistemas electrónicos llamados emuladores solares que reproducen las curvas IV de un panel solar. No hay a la fecha emuladores solares que permitan optimizar los SEP a tecnologías de celdas solares de laboratorio de las cuales no existen paneles solares comerciales. En este trabajo se diseña, implementa y caracteriza un emulador solar que escala independientemente las tensiones y corrientes de una celda solar de laboratorio, a valores aptos para los sistemas de electrónica de potencia aplicados a energía fotovoltaica. El sistema propuesto se caracteriza midiendo curvas IV de una celda solar de laboratorio de Cu(In,Ga)Se₂ de 0,5 cm² de área para distintos niveles de iluminación. El circuito propuesto amplifica adecuadamente las curvas IV de la celda solar y tiene una tensión máxima de salida de 25 V y corriente máxima de salida de 16 A.

The research and development of power electronics systems SEP applied to photovoltaic energy requires stable and replicable voltage – current IV curves. For this purpose, the use of solar panels is difficult due to their sensibility to light and temperature changes, as well as their size and cost. Therefore, electronic systems called solar emulators, are developed to reproduce the IV curves of a solar panel. There are currently no solar emulators that allow the SEP optimization to research solar cell technologies of which there are no commercial solar panels. In this work, a solar emulator is designed, implemented and characterized. This emulator, can independently scales the voltages and currents of a research solar cell, yielding suitable output levels for power electronic systems applied to photovoltaic energy. The IV curves of a research Cu(in,Ga)Se₂ solar cell of 0.5 cm² of area are measured using different light levels to characterize the emulator. The proposed circuit adequately amplifies the IV curves of the solar cell and it has a capability to produce a maximum output voltage of 25 V and a maximum output current of 16 A.