Este trabalho apresenta a modelagem e simulação de uma célula fotovoltaica, a qual é baseada no modelo de um diodo e quatro parâmetros, proposta por Townsend em 1989,que é simples e muito utilizado na literatura sobre o tema. Este é um modelo de parâmetros concentrados, onde a corrente gerada pelo efeito fotovoltaico é representada por uma fonte de corrente. As perdas são representadas por um resistor inserido no circuito elétrico do modelo. Os parâmetros a serem determinados são a corrente de saturação reversa (Io), a corrente de fótons (IL), a resistência série e o fator de forma (G) que é uma medida da imperfeição da célula. Este modelo foi implementado e simulado utilizando o programa Matlab, sendo testado em uma célula fotovoltaica escolhida de maneira arbitrária, utilizando os dados fornecidos pelo fabricante. Este trabalho de iniciação científica está inserido dentro de um projeto de pesquisa que tem como objetivo a simulação de um sistema de geração distribuída de energia em regiões isoladas do pantanal do estado de Mato Grosso do Sul. Este projeto é financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e pela Fundação de apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciência e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul (FUNDECT).

Para a simulação do modelo implementado foi escolhida uma célula fotovoltaica do tipo mono cristalino da Kyocera, a KC190GT. Os dados utilizando são: 54 células em série; fator de forma igual a 1; tensão de circuito aberto de 32.5V; temperatura da célula igual a 298K; irradiação de 1000W/m2; corrente de curto circuito igual a 8.08A; coeficiente da temperatura de curto circuito de valor 3.18*10-3 A/K. Com o cálculo dos quatro parâmetros, corrente de saturação reversa (Io), corrente gerada pela incidência solar (IL), o fator de identidade (G) e a resistência em série (Rs), é possível determinar curva característica (io e vo), utilizando a seguinte equação:v0=((TC*G*K*)/q)*log((IL +I0-i0)/I0))-(i0*RS). Os algoritmos foram implementados no programa Matlab 7.0, gerando curvas de tensão-corrente, utilizando as facilidades de plotagens que o software oferece. Foram feitas simulações nas seguintes condições, mantendo a temperatura em 25°C, o valor de irradiação é variado entre 400 e 1000 W/m2. Em uma outra situação, a irradiação foi mantida constante enquanto a temperatura varia de 25,50 a 75°C. Posteriormente implementadas variações simultâneas na irradiação, temperatura e resistência de carga variável em um intervalo de tempo.

Para validar o modelo e os algoritmos implementados, foram simuladas duas situações. Na primeira,mantida a temperatura constante(25oC) com irradiação variável. Na segunda, a irradiação era constante(1000W/m2) enquanto a temperatura foi variada. Os resultados obtidos desta simulação foram comparados aos fornecidos pela folha de dados do fabricante, mostrando que estes são satisfatórios. Na continuação do trabalho inseriu-se variações na irradiação, temperatura e resistência de carga, simulando uma situação real de funcionamento de uma célula fotovoltaica, e as plotagens das curvas resultantes de tensão, corrente e potência apresentaram resultados coerentes.

Neste trabalho de iniciação científica foi desenvolvido um programa de simulação de uma célula fotovoltaica, baseado no modelo de um diodo e quatro parâmetros. Os resultados obtidos, e comparados com os dados fornecidos pelo fabricante escolhido arbitrariamente, mostram o bom funcionamento do modelo e da implementação. As curvas ficaram semelhantes as do fabricante, garantindo a confiabilidade do método. Embora ele não apresente resultados práticos de comparação, a simulação teve resultados promissores quando simulada uma situação real. A vantagem na implementação do programa é que ele sendo alimentado com qualquer quantidade de dados, será possível plotar as curvas de tensão, corrente e potência, ou se for preciso poderão ser calculados valores instantâneos. Estando este trabalho de iniciação científica inserido dentro de um projeto maior, o seguinte passo é integrar ele a um sistema de conversão de energia, conversor CC-CC, que irá simular um sistema de alimentação isolado.

Instituição de fomento: FUNDECT - CNPq - UFMS

Trabalho de Iniciação Científica