Diseño e implementación de prototipo para la medición de cursiva I−V de paneles fotovoltaicos

Abstract

El aumento sostenido del precio de la energía en Chile, junto con la abundante radiación solar disponible, ha impulsado el desarrollo de plantas fotovoltaicas a gran escala. En este contexto, el panel solar aparece como la unidad fundamental de estas instalaciones. La potencia generada por estos paneles depende de factores como la irradiancia solar, la temperatura de operación y la carga conectada. Aunque se comercializan en función de la potencia máxima en condiciones estándar, las condiciones reales de instalación difieren significativamente. Ante esta disparidad, la medición de las curvas corriente-tensión I −V de los paneles se presenta como una herramienta esencial en las etapas de diseño, instalación, operación y mantenimiento de las plantas fotovoltaicas. Este trabajo presenta un prototipo diseñado e implementado para la medición automática de las curvas I−V y P −V . Utilizando un convertidor DC-DC con carga resistiva y un microcontrolador para la automatización de las mediciones. Este diseño se ha orientado hacia la simplicidad, flexibilidad y bajo costo, cumpliendo con los objetivos establecidos. El análisis teórico y las simulaciones de diferentes convertidores DC-DC han conducido a la selección del Convertidor SEPIC como la opción más adecuada para la aplicación del prototipo. Por otro lado, se ha seleccionado el microcontrolador PIC18F4553 en base a los requerimientos del diseño y sus características técnicas. Además, se han desarrollado interfaces gráficas de usuario mediante la herramienta Guide de Matlab, facilitando tareas de calibración y medición durante las pruebas experimentales. Estas pruebas han proporcionado mediciones precisas y confiables, respaldando la viabilidad y utilidad del prototipo en las aplicaciones proyectadas. Este enfoque integral aborda las demandas de un sector en constante evolución, contribuyendo al desarrollo eficiente y sostenible de plantas fotovoltaicas en el contexto energético actual.

The sustained increase in energy prices in Chile, coupled with abundant solar radiation, has propelled the development of large-scale photovoltaic plants. In this context, the solar panel emerges as the fundamental unit of these installations. The power of these panels depends on factors such as solar irradiance, operating temperature, and connected load. Although they are marketed based on maximum power under standard conditions, installation conditions differ significantly. Faced with this disparity, measuring the panels’current-voltage I − V curves becomes an essential tool in photovoltaic plants’design, installation, operation, and maintenance stages. This work presents a prototype designed and implemented for automatically measuring I − V and P − V curves. It utilizes a DC-DC converter with resistive load and a microcontroller for measurement automation. The design is oriented towards simplicity, flexibility, and low cost, meeting the established objectives. Theoretical analysis and simulations of different DC-DC converters have led to selecting the SEPIC Converter as the most suitable option for the prototype application. The PIC18F4553 microcontroller has also been chosen based on the design requirements and technical specifications. Furthermore, the Matlab Guide tool has been used to develop the graphics user interface, facilitating calibration and measurement tasks during experimental trials. These experiments have provided precise and reliable measurements, supporting the feasibility and utility of the prototype in the projected applications. This comprehensive approach addresses the demands of a constantly evolving sector, contributing to the efficient and sustainable development of photovoltaic plants in the current energy context.