UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

MESTRADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

Disciplina: Sistemas Fotovoltaicos

RELATÓRIO DE PRÁTICA:

Extrapolação da curva I-V

WILSON BRAGA JÚNIOR

Belém, 01/07/2012

1.0. INTRODUÇÃO

Esta prática foi desenvolvida ensaiando-se o gerador de 3,3 kWp instalado no telhado

do Gedae. Nessa prática foi utilizada a carga capacitiva para o levantamento da curva

I-V do gerador em determinadas condições ambientais, e o desafio foi extrapolar a

curva do gerador para as condições padrão e se comparar com os valores fornecidos

pelo datasheet dos módulos em operação. A prática foi realizada com sucesso, porém

devido a problema de acesso aos dados que estavam em formato compatível somente

com o programa flukeview não foi possível ter acesso a eles. Para sanar essa

dificuldade e realizar o proposto durante a prática foi extrapolada a curva de um dos

módulos que está em teste no GEDAE. Esse módulo é o Day4Energy de 240Wp.

2.0. DESCRIÇÃO DO TESTE COM A CARGA CAPACITIVA.

A carga capacitiva é um equipamento de teste utilizado para o levantamento do

comportamento de tensão e corrente de módulos ou geradores fotovoltaicos. O principio

de funcionamento dessa carga consiste na ligação da carga em paralelo com o gerador e

fazer com que ele forneça energia para a carga até carregar completamente o capacitor.

Durante a carga a corrente transferida do gerador começa com valores máximos do

gerador e vai caindo a medida que o capacitor vai se carregando. Ao mesmo tempo a

tensão do capacitor, que inicialmente era zero começa a subir de acordo com a

quantidade de carga acumulada até o máximo fornecido pelo gerador. Ao final do teste

se tem a curva da corrente em função do tempo e da tensão em função do tempo,

plotando-se os valores de corrente para os valores de tensão dos mesmos instantes

consegue-se desenhar a curva I-V de um módulo ou do gerador.

Para se operar a carga capacitiva inicialmente deve-se:

1-Conectar o gerador em paralelo com a carga;

2-Conectar o osciloscópio digital na carga e configurar a visualização da tela;

3-Escolher o tipo de medida, se a dois ou quatro fios;

4-Selecionar o tipo de capacitor de acordo com o tempo de carga;

5-Analisar se o capacitor está completamente descarregado, caso não esteja apertar o

botão para descarrega-lo e em seguida dar uma pré carga negativa.

6-Selecionar “curva” para que a carga forneça os pontos de corrente e tensão para o

osciloscópio.

7- Iniciar o teste pressionando o botão tempo suficiente para o capacitor se carregar

integralmente.

3.0. VALORES DA CURVA E EXTRAPOLAÇÃO DOS DADOS

Inicialmente foram capturados e tratados os dados do comportamento elétrico do módulo

em teste. O sistema de monitoramento fornece 256 pontos da curva IV do módulo, além

de possuir dois módulos padrão que medem a irradiancia no plano dos geradores e um

sensor de temperatura do módulo.

Os valores de Tensão e corrente calculados para uma determinada condição são

apresentados na Figura 01.

Figura 01: Valores medidos.

Nota-se de acordo com o gráfico 01 que o módulo apresenta para as condições de teste

corrente de curto circuito de 1,7 e tensão de circuito aberto de aproximadamente 31V.

Os valores do Datasheet correspondente a essas duas grandezas são 8,54A em curto

circuito e 38,54V em circuito aberto. Nota-se que nas condições medidas houve uma

queda de aproximadamente 80% da corrente de curto e 20% na tensão de circuito

aberto. Sabe-se que a irradiancia tem mais efeitos na corrente, sendo em muitos casos

considerada proporcional a corrende do módulo, enquanto a temperatura influencia

significativamente na tensão no sentido de diminui-la e tem uma pequena influencia na

corrente aumentando-a.

Para extrapolar a curva para as condições de teste que são definidas como 1000W/m² e

25°C primeiro corrige-se a corrente de todos valores da curva de acordo com a

seguinte fórmula:

O efeito dessa correção pode ser visualizado na Figura 02.

Figura 02: Valores de corrente extrapolados.

Na figura 02 nota-se que a corrente extrapolada para as condições padrão se aproximou

bastante da corrente de curto do módulo. Como a corrente observada para os valores

extrapolados foi de 8,24A o erro em função do valor do datasheet é da ordem de 3,5%.

É interessante observar também que o valor medido de irradiância para essa situação foi

de 209W/m² que representa 79% do valor de irradiância na condição padrão. Com isso

podemos concluir que a queda anteriormente citada da corrente de 80% foi devido quase

que exclusivamente a queda da irradiância.

O próximo passo foi a correção da tensão da curva IV para as condições padrão, que é

determinada pela seguinte fórmula:

Durante o ensaio o valor da temperatura de célula foi de 39,36, a tensão térmica

calculada foi de 1,56, e o coeficiente β é de -0,27%/°C. A Figura 03 apresenta o efeito da

correção da corrente e da tensão em relação aos gráficos demonstrados anteriormente.

Figura 03: Curva IV com corrente e tensão extrapolados para condição padrão.

Nessa figura é possível observar que das condições padrão para as condições de

operação medidas ocorre redução tanto na corrente quanto na tensão do módulo. O efeito

da queda de tensão é devido principalmente a temperatura, mas depende também da

irradiancia. Neste caso específico como a irradiancia estava muito baixa a contribuição

da irradiancia com a redução tensão foi praticamente a mesma do efeito do aumento da

temperatura. Em relação aos dados de placa a tensão ficou ligeiramente abaixo dos dados

de placa, já que esperava-se com a estrapolação valores próximos a 38,54 enquanto o

extrapolado ficou 9,2% abaixo do esperado, sendo igual a 35,5V.

Nota-se que devido aos valores da curva IV estarem abaixo dos valores do Datasheet a

potencia máxima do módulo também apresentou um decréscimo em relação aos dados

fornecidos pelo fabricante. Esse módulo deveria fornecer 240W no ponto de máxima

potencia nas condições padrão, enquanto na curva extrapolada o valor de potencia

máxima encontrado foi de 216,23W que pode ser observado no eixo secundário da curva

em azul da Figura 04.

Figura 04: Curva IV e curva de potencia para os valores extrapolados.

4.0. CONCLUSÃO

Este trabalho demonstrou como se dá o ensaio de módulos ou geradores para a

determinação de suas características elétricas de desempenho através da curva IV. Foi

abordado o procedimento para o ensaio e os principais fatores que devem ser observados

durante sua elaboração. Com o ensaio a uma determinada condição medida pelos

aparelhos de monitoramento das variáveis climáticas foi desenvolvido passo a passo a

extrapolação dos dados de corrente e tensão da curva IV. Para se validar o resultado da

curva extrapolada comparou-se os valores de tensão de circuito aberto, corrente de curto

e potencia máxima encontrando-se erros da ordem de 3,5%, 9,2% e 10%

respectivamente.