IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA ELECTRÓNICO PARA VERIFICAR LOS PARÁMETROS TÉCNICOS DE PANELES FOTOVOLTAICOS

Resumen

Breve descripción del proyecto (200 palabras):

Ante la creciente demanda a nivel nacional de instalaciones de paneles fotovoltaicos como fuentes de energía alternativa, es necesario disponer de equipos que permitan verificar que dichos paneles cumplen los parámetros técnicos requeridos por las normas técnicas colombianas (NTC). En el presente proyecto se diseñó e implementó un sistema prototipo, siguiendo las recomendaciones de las NTC para determinar las características eléctricas y térmicas de un módulo fotovoltaico (NTC 2883), así como la evaluación de su eficiencia (NTC 4405). Para ello se construyó una “cámara solar” que contiene una fuente de luz artificial, el panel fotovoltaico y un sistema para variar la inclinación del panel. Esta cámara solar es controlada por un sistema electrónico embebido, el cual ajusta los niveles de iluminación, la corriente de carga y el ángulo de inclinación del panel fotovoltaico, al tiempo que registra los niveles de voltaje, corriente y temperatura en el panel. Todo el proceso de verificación de los parámetros del panel es controlado y visualizado desde una interfaz gráfica implementada en LabView. Como resultado, se logró implementar un equipo prototipo que permitió obtener curvas de voltaje – corriente en los paneles fotovoltaicos, en función de la “irradiancia solar” incidente sobre la superficie del panel, así como mediciones de eficiencia, corriente de corto circuito, voltaje en circuito abierto, entre otras. Es de aclarar que actualmente no existe un equipo de este tipo a nivel productivo en el Sur-occidente colombiano.

Fecha de inicio – fin del proyecto

Inicio: febrero del 2016

Final: abril del 2017

Alcance del proyecto – población beneficiada

El alcance del proyecto es a nivel de prototipo funcional. Actualmente el prototipo permite verificar los parámetros técnicos de paneles fotovoltaicos de hasta 20W. El sistema electrónico embebido esta implementado con una plataforma Arduino Mega 2560 y un banco de resistencias que simulan diferentes valores de carga en el panel fotovoltaico.

A nivel de prototipo, la población beneficiada de manera directa son los estudiantes interesados en temas de generación de energía con paneles fotovoltaicos, ya que ahora cuentan con un sistema funcional que les permite evaluar y entender cómo se comportan dichos paneles ante diferentes condiciones de irradiancia y de carga. Sin embargo, con el desarrollo del prototipo se puede llegar a beneficiar tanto a los consumidores como a los vendedores y fabricantes de paneles fotovoltaicos, porque ahora se podría certificar de manera técnica si un panel está funcionando correctamente dentro de los rangos de fabricación y de la normatividad colombiana. Todo esto redundaría en un beneficio económico y ambiental por tratarse de un sistema que utiliza una energía alternativa limpia.

Resultados alcanzados

Como se mencionó anteriormente, se logró implementar un equipo prototipo que permitió obtener curvas de voltaje – corriente en los paneles fotovoltaicos, en función de la “irradiancia solar” incidente sobre la superficie del panel, así como mediciones de eficiencia, corriente de corto circuito, voltaje en circuito abierto, entre otras. También se desarrolló una interfaz gráfica en LabView que permite visualizar y controlar todo el proceso de verificación de los parámetros del panel.

A continuación, en la Tabla 1 se muestran algunas de las mediciones obtenidas en un panel fotovoltaico de pruebas:

Tabla 1. Parámetros técnicos medidos sobre un panel fotovoltaico para distintos ángulos de inclinación del panel (según norma NTC 4405)

G(W/m²)

θi

Im

Vm

Isc

Voc

G_A cos θi

F_F

1153.11

0

0.2401

14.4365

0.2842

18.2296

1153.11

0.6690

1153.11

30

0.18623

15.5355

0.2352

17.8932

1027.42

0.6875

1153.11

60

0.1274

13.7395

0.2940

17.1078

677.78

0.3480

G, irradiancia; θi, ángulo de inclinación; Im, Corriente máxima; Vm, Voltaje máximo; Isc, Corriente corto circuito; Voc, Voltaje circuito abierto; G_A cos θi, Irradiación solar incidente; F_F, Factor de llenado.

De la Tabla 1 se observa que para un ángulo de inclinación de 30° y 60°, se obtiene una disminución en la irradiación incidente del 89% y del 59%, respectivamente. Para estos mismos casos, la variación en la corriente fue del 78% y del 53%, respectivamente.

Así mismo, se realizaron otras pruebas con diferentes condiciones y considerando la temperatura que va adquiriendo el panel fotovoltaico.

Proyección a futuro del proyecto

El prototipo implementado se puede modificar para la realización de otras pruebas incluidas en la norma NTC 2883, tales como aquellas que incluyen las condiciones atmosféricas, el comportamiento a alta irradiación y los ciclos térmicos. Esto se podría trabajar como parte de otros trabajos de grado.

Se espera poder hacer la presentación del proyecto a empresas relacionadas con la comercialización e implementación de sistemas fotovoltaicos, con el objetivo de conocer su interés de llevar este prototipo a un nivel productivo que se pueda aplicar en paneles de mayor capacidad