1

STUDIUL COMPARATIV AL CELULELOR FOTOVOLTAICE-CONFIGURAȚII SERIE ȘI PARALEL

Masterand: Simion Eugen, Prof. dr. ing. Badea Nicolae

Rezumat: În această lucrare sunt prezentate configurații ale celulelor fotovoltaice. În funcție de montarea acestora, există trei tipuri de configurații ale celulelor, configurație serie, configurație paralel, configurație mixtă. Aceste montări ale celulelor influențează parametriitensiunii și a curenților.Vom prezenta modelul serie și paralel cu ajutorul soft-ului PSIM.

I) Introducere

Descrierea unui PV

Un panou fotovoltaic spre deosebire de un panou solar termic transformă energia luminoasă din razele solare direct în energie electrică. Componentele principale ale panoului solar reprezintă celulele solare, ce sunt conectate în module de aproximativ 36 sau 72 de bucaţi.

Pentru a îndeplini condiţiile impuse de producerea de energie electrică, celulele solare se vor asambla în panouri solare.

Construcţia panoului fotovoltaic este, de obicei, dreptunghiulară, suportul se confecţionează din aluminiu separat de structura laminată a celulelor cu căptuşeală, având rolul de a nu permite pătrunderea umezelii în interior. Celulele PV sunt protejate de acţiunea condiţiilor nefavorabile, care pot interveni pe parcursul exploatării: ploaie, grindină, zăpadă, praf.

II) Formularea problemei

Caracteristicile tehnice ale unui PV

Un panou fotovoltaic estecaracterizat prin parametrii săi electrici

cum ar fi: tensiunea de mers în gol saucurentul de scurt-circuit.

Panourile fotovoltaice se utilizează separat sau legate în baterii pentru alimentarea consumatorilor independenţi sau pentru generarea de curenţi electrici ce livrează în reţeaua publică. Întrucât celula are o tensiune redusă de ordiul 0,6V, iar un panou trebuie să livreze tensiuni de minim12V celulele se pot conectea în:

Conexiunea serie a celulelor PV

Un exemplu de conectare a celulelor în serie este przentat în Fig.1.

Fig.1 Conectarea în serie a trei celule fotovoltaice

Celulele solare şi modulele solare sunt conectate în serie pentru a produce tensiuni totale mai mari.

2

Conexiunea paralel a celulelor PVmodelează fenomenele interne. Curentul Ifurnizat de celulă se poate scrie:

În cazul conexiunii paralel toate q U Rs

I U R I

celulele au aceiaşi tensiune la borne, iar curentul grupării este suma curenţilor la bornele fiecarei celule individuale. Umbrirea sau defectarea uneia din celulele gruparii nu scoate din funcţiune gruparea,

I I ph I 0d e

în care:

k T 1

s

Rsh

[3.1]

aşa cum se întamplă în cazul conexiunii serie. Nu sunt aşadar necesare măsuri de protecţie suplimentare.

Fig.2 Conectarea în paralel a trei celule fotovoltaicesimilare

Conectarea mixtă a celulelor PV

În figura de mai jos avem 9 celule distribuite în 3 serii de celule conectate în paralel, fiecare serie conţine la rândul ei 3 celule, după cum se poate observa:

Fig.3 Conectarea mixtă a celulelor solare

Se utilizează această conectare pentru a produce tensiuni totale mai mari, cât și curenți mai mari.

III) Modelul matematic al celulei fotovoltaice

Modelul matematic al celuleifotoelectrice se poate obţine, plecând de la

Iph - fotocurent, sau curent generat prin iluminare [A];I0d - curent de saturaţie [A];Rs - rezistenţa serie [Ω];Rsh - rezistenţa paralel [Ω];k - constanta lui Boltzmann(k = 1,38.10-23);q - sarcina electronului(q = 1,602.10-19 C);T - temperatura celulei (°K).

Expresia de mai sus se poate deduce din schema echivalentă prezentă în fig.4.

Fig.4 Schema echivalentă a unei celule solare

Dioda modelează comportamentul celulei în întuneric.Sursa de curent modeleaza curentul Iphgenerat prin iluminare.

Rezistentele modeleaza pierderile interne:

rezistenţa serie Rs - modeleazăpierderile ohmice ale materialului

rezistenţa paralel Rsh - modelează curenţii paraziţi ce parcurg celula.

Ideal, se poate neglija Rs şi I faţa deU, şi să lucreze cu un model simplificat:

cel al joncţiunii p-n. Se adaugă curentul Iph,proporţional cu iluminarea şi un termen ce I I

ph

I 0 d

e

q U k T

U 1 [3.2]

3

Rsh

4

Cum rezistenţa paralel este mult mai mare decât rezistenţa serie, se poate

V) Interpretarea rezultatelor

I1 I2neglija curentul prin Rsh. 0.15

0.1

q U

0.05

0

-0.05I I ph I 0d e k T

1

[3.3]-0.1

-0.15

-0.2

Astfel putem obţine schema echivalentă simplificată care corespunde celulei ideale, ilustrată mai jos.

Fig.5 Schema echivalentă simplificată a unei celulesolare

IV) Modelul de simulare

Fig.6 Schema de simulare serie în PSIM

Fig.7 Schema de simulare paralel în PSIM

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01Time (s)

Fig.8 Curenţii conexiunii serie

În Fig.7 putem observa curenţii modulelor, I1,I2, acesta din urmă este reprezentat negativ deoarece ampermetrul s-a montat pe borna negativă a panoului, pentru a se evita suprapunerea curenţilor.Tensiunea celulei porneşte de la valoarea 0 şi ajunge până la valoarea de 14,V.

Fig.9 Curenţii conexiunii paralel

În Fig.8 observăm că, curenţii pe fiecare modul au valoarea 0,1A reprezentaţi cu culoarea roşu şi albastru (curentul cu roşu I1 nu se poate vedea deoarece este suparapus cu cel albastru I2), iar suma lor fiind reprezentată cu verde şi având valoare 0,2A.

VI) Concluzii

Metoda de generare a curentului electric prin intermediul sistemelor fotovoltaice este o metodă viabilă şi de viitor, aplicaţiile în domeniu fiind într-o continuă dezvoltare. Această metodă are la bază conversia energiei radiaţiei solare în energie electrică.

În lucrarea de față s-a realizat studiul comparativ al celulelor fotovoltaice serie și al celulelor fotovoltaice paralel.

5

Configurația serie este utilizată pentru mărirea valorii curentului, iar configurația paralel pentru mărirea valorii tensiunii. Această observație se poate vedea și în graficele obținute în urma simulării în PSIM

Bibliografie

Note de curs: Surse de energie regenerabile– N. Badea

ht t p: / /ww w .do c stoc. c om / do c s/73605491/C onv e rsi a-e n e r g iei - so l a r e - i n -e n e r g i e - e le c tri c a

ht t p: / /f ac ul t a te. r e g ielive. r o/r e f e r a te/ e l e c trot e hnic a /panou r i - sola r e - fo t ovol t a ice- 235694.htm l

ht t p: / /panou r iso l a r e .o r g /panou r i - fotovolt a ic e- not i un i - g e n e r a le ,