Una de mis grandes pasiones es la energía renovable y considero que la energía solar es una de las energías renovables mas prometedoras. En un tiempo me intereso mucho el modelamiento de las celdas solares y el post que comparto en esta ocasión está dedicado a este tema apasionante.

Una celda solar es muy similar a un diodo (de hecho, se hace del mismo material) pero con la capacidad de producir una corriente (DC). Desde el punto de vista de circuito eléctrico, el panel puede ser modelado por el circuito mostrado en la figura:

Resultado de imagen para solar cell circuit

Cuando cortocircuitas los terminales de la celda solar, la corriente que fluye es I_{sh}=I_L, cuando mides la tensión entre los terminales la tensión que se registra es la tensión de los terminales del diodo. Al conectar distintas resistencias de carga puedes obtener la curva del panel solar, que pongo al costado de la curva de un diodo :

Resultado de imagen para solar cell curve  Resultado de imagen para curva de diodo

Si pueden mentalmente invertir la curva del diodo (multiplicar por  -1) y luego sumarle   I_{sh} se darán cuenta que el primer cuadrante es la curva de la celda solar. Tengan esto en mente por un momento.

Por otro lado, el ATPDraw es la versión gráfica del programa EMTP  (en inglés ElectroMagnetic Transients Program). Este programa permite analizar circuitos eléctricos en estado transitorio y lo mejor de todo… es libre!  En resumen es un programa muy querido por los ingenieros electricistas que se dedican al estudio de los transitorios electromagnéticos.

Los sistemas de potencia así como componentes de electrónica de potencia  pueden ser analizados en ATPDraw, así que me pareció muy natural utilizar el ATPDraw  para simular sistemas de energía solar.  Por mucho tiempo trate de encontrar el modelo del panel solar para el software ATPDraw pero no encontré mas que el siguiente artículo:   http://ipstconf.org/papers/Proc_IPST2009/09IPST045.pdf

Considero respetable el trabajo de los autores en representar la celda solar pero lamentablemente el modelo propuesto por ellos no cumple con las dos condiciones básicas: el modelo en cortocircuito ni en circuito abierto. Así que me propuse hacer mi propio modelo de celda solar en ATPDraw (que si funcione). No tuve que ser muy genio, simplemente use el circuito equivalente con los componentes existentes en ATPDraw:

atp

La primera rama consta de una fuente de corriente con la corriente de cortocircuito que se obtiene la curva del fabricante, la segunda rama tiene un diodo ideal en serie de una resistencia no-lineal del tipo NLRES92. Finalmente la tercera rama tiene una resistencia shunt con un valor muy alto (ej. 10^6) y la ultima rama es la carga del panel que puede ser un circuito abierto o un cortocircuito, o lo que queramos. Para llenar los parámetros de la resistencia no lineal se tiene que convertir los datos de la curva I-V del panel solar (se obtiene del datasheet para un valor de irradiancia que queramos analizar), es decir restarle I_{sh} y multiplicar por -1. Estos son los parámetros que utilicé:

Y así de simple, espero que les sirva de ayuda a todos los interesados en el tema.

PD. Si desean hacer transitorios con la irradiancia (aumento de  I_{sh} ) basta con conectar una fuente de corriente DC con la corriente adicional con un switch que simule el aumento de rayos solares.

Un saludo renovado,

Hans

Anuncios