Comparative study on the performance of photovoltaic modules and their sensitivity to external parameters based on an experimental analysis

Nesta tese, quatro tecnologias fotovoltaicas (FV) foram comparadas experimentalmente, visando quantificar o impacto dos parâmetros externos no desempenho FV. Duas das tecnologias estudadas são bastante comuns no mercado: policristalina (p-Si) e monocristalina (m-Si). A terceira tecnologia, bifacial, permite a conversão da radiação solar que atinge a face traseira dos módulos, proporcionando ganho de produtividade. Módulos com células multijunção sob concentração (HCPV) também foram incluídos na análise. Eles utilizam um espectro solar maior e as lentes concentram a radiação do feixe graças a um tracker de 2 eixos que segue constantemente o sol. Os módulos fotovoltaicos foram testados e tiveram suas classificações determinadas experimentalmente usando abordagens de modelagem desenvolvidas nesta tese. Todos os módulos foram montados no tracker fotovoltaico para proporcionar as mesmas condições de operação, e a campanha de medição foi realizada durante 12 meses. Os registros experimentais, em intervalos de um minuto, foram verificados quanto à sincronicidade, interpolados e agregados. Diversas abordagens de filtragem foram discutidas e aplicadas para fornecer um equilíbrio adequado entre remoção de ruído e retenção de dados. Os arranjos fotovoltaicos foram então estudados quanto às suas particularidades, começando pela identificação dos parâmetros operacionais mais influentes, por ordem de relevância, e seu impacto na potência de saída. Em seguida, o efeito da temperatura operacional foi avaliado e os coeficientes reais de temperatura para a alimentação CC foram determinados. Por fim, foi realizada uma análise de sensibilidade para a potência CC em relação aos parâmetros operacionais com base em filtros e modelos matemáticos desenvolvidos para cada arranjo fotovoltaico. Especial atenção foi dada ao arranjo bifacial, uma vez que esta tecnologia é muito promissora devido à sua interessante relação custo-benefício; novos métodos para determinar a irradiância efetiva e o ganho bifacial também foram desenvolvidos. Dois métodos diferentes foram aplicados para caracterizar os módulos fotovoltaicos. Verificou-se que o seu desempenho real não é tão bom como o relatado nas fichas técnicas. O arranjo m-Si foi o menos sensível à temperatura de operação, seguido pelos módulos p-Si e bifaciais. Por sua vez, os dispositivos HCPV foram os mais prejudicados pela temperatura, massa de ar e umidade. A influência da velocidade do vento foi pequena para os módulos HCPV; as os arranjos mais beneficiados pelo vento foram os p-Si e m-Si. O arranjo bifacial apresentou a maior produtividade final (com ganho bifacial de 6,2%), seguida por m-Si e p-Si. Por sua vez, o arranjo HCPV apresentou o pior rendimento, principalmente devido à sua capacidade de resposta apenas à irradiância direta e ao elevado coeficiente de temperatura para a potência CC.