Modelo para la estimación de potencia eléctrica en módulos fotovoltaicos de tecnología basada en silicio

Model for electric power estimation in photovoltaic silicon modules

Los módulos fotovoltaicos presentan una capacidad de generación de potencia dependiente de las condiciones climatológicas de su sitio de ubicación. Este trabajo desarrolla y evalúa un modelo que permite determinar la potencia que generaran los módulos solares basados en tecnologías de silicio, monocristalino, policristalino y amorfo de película delgada, si se conocen las condiciones de temperatura e irradiancia de la zona en la cual planean ser ubicados. El modelo se realizó analizando la respuesta en potencia de diferentes módulos solares ante el comportamiento climatológico de una zona durante un año (datos recolectados por un sistema meteorológico). Los parámetros del modelo se calcularon utilizando el algoritmo cuasi Newton con actualización BFGS. La respuesta en potencia presentada por el modelo se comparó con la respuesta generada por un sistema fotovoltaico real que incluye los tres tipos de tecnología alimentando una carga D.C. evidenciando que la respuesta real corresponde a la estimación entregada por el modelo.

INTRODUCCIÓN

La necesidad de suplir una demanda energética cada vez mayor, motiva a las naciones a modificar su matriz energética¹ , vinculando fuentes renovables que contribuyen a la disminución de la emisión de gases contaminantes causantes del efecto invernadero².

Al aparecer las fuentes renovables en la canasta de generación, se hace necesario desarrollar estudios tendientes a determinar cuál de ellas se acopla de manera adecuada a cada región³. Por practicidad en la instalación, costos de adquisición y modularidad, la energía fotovoltaica se ha convertido en una solución atractiva para cualquier región a nivel mundial; aún más en latitudes cercanas al Ecuador, en donde los niveles de radiación son relativamente constantes durante todo el año.

La generación energética fotovoltaica se realiza aprovechando el efecto fotoeléctrico, a través de diferentes tecnologías como: materiales semiconductores de oblea, semiconductores de lámina delgada, materiales orgánicos o puntos de quantum. Cada tecnología presenta diferencias en la curva de potencia obtenida bajo unas mismas condiciones climatológicas. El comportamiento de estas tecnologías puede ser analizado a través del uso de un modelo matemático; de esta forma, en una determinada región, se implementaría la tecnología que mejor desempeño presente.

Este trabajo modela matemáticamente el comportamiento eléctrico de las tecnologías fotovoltaicas basadas en silicio (monocristalino, policristalino y amorfo de película delgada) utilizando las ecuaciones planteadas en el modelo de Gow⁴, éstas se alimentan de los datos de temperatura, irradiancia, voltaje y corriente medidos en una zona determinada durante un periodo de un año y se procesan mediante la aplicación del algoritmo cuasi Newton con actualización BFGS^5-6.