Desenvolvimento e análise do desempenho de um traçador de curvas I-V portátil para arranjos fotovoltaicos

Abstract

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento e análise de desempenho de um traçador de curvas I-V portátil para aplicação em arranjos fotovoltaicos a serem medidos em campo. Este sistema utiliza a carga capacitiva como método de polarização do gerador fotovoltaico sendo o chaveamento realizado eletronicamente por transistores bipolares de porta isolada (IGBT). Uma placa Arduino Due foi utilizada para controle do acionamento dos IGBTs e medida de corrente etensão, demonstrando-se adequada para a proposta, sendo que o programa de controle desta placa foi escrito em uma variação da linguagem de programação C⁺⁺. Foram construídos circuitos auxiliares de amplificação de sinal para realizar as medidas de corrente e de irradiância, utilizando respectivamente como sensores um resistor shunt e uma célula de referência calibrada. Para medida da temperatura foi aplicado o sensor de temperatura LM35 que apresentou resultados satisfatórios. Os dados adquiridos pela placa Arduino são gravados em um cartão de memória para posterior análise. O protótipo construído foi utilizado na medida de curvas I-V de um gerador fotovoltaico composto de uma série de 3 módulos fotovoltaicos instalados no terraço do prédio que abriga o simulador solar do Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LABSOL/UFRGS). Os resultados das medidas realizadas pelo protótipo foram comparados com as medidas de um sistema traçador de curvas disponível comercialmente modelo MP-11 IV Checker. Os resultados obtidos pelo protótipo confirmaram que a sua adequação para aplicação em medidas em campo de curvas I-V de arranjos fotovoltaicos.

This work presents the development and performance analysis of an I-V tracer for field measurements of photovoltaic (PV) arrays. The system uses a capacitive load as a polarization method for the PV generator and the switching is performed electronically by insulated gate bipolar transistors (IGBT). An Arduino board was used to control the switching of the IGBT’s and for acquisition of the IV curve, being adequate for this purpose. The control program was written in a variation of C⁺⁺ language. Auxiliary circuits to amplify the signal were built to measure the electric current and the solar irradiance using a shunt resistor and a calibrated reference solar cell as sensors, respectively. The temperature is measured by a LM35 temperature sensor with satisfactory results. The data acquired by the Arduino board are saved on a memory stick for later analysis. The assembled prototype was applied to measure the I-V curve of a photovoltaic generator composed by a string of 3 PV modules installed on the roof of one building at the facilities of the Solar Energy Laboratory at Federal University of Rio Grande do Sul (LABSOL). The I-V curves measured by the prototype were compared to I-V curves measured by an I-V tracer commercially available. The prototype has shown accurate and adequate for field measurement of photovoltaic arrays.