Modelado De Dispositivos Fotovoltaicos Tesis Puerto Rico

UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO
Recinto Unversitario de Mayag¨
uez

Modelado y Simulaci´
on de Dispositivos
Fotovoltaicos
por
Omar Gil Arias
Tesis sometida en cumplimiento parcial de los requisitos para el grado de
MAESTRO EN CIENCIAS
en
´
´
INGENIERIA ELECTRICA
Facultad de Ingenier´ıa
Departamento de Ingenier´ıa El´ectrica y Computadoras
Diciembre de 2008
Aprobado por:

Jos´e Cede˜
no, Ph.D.
Miembrodel Comit´e Graduado

Fecha

Miguel V´elez, Ph.D.
Miembro del Comit´e Graduado

Fecha

Eduardo Ortiz, Ph.D.
Presidente del Comit´e Graduado

Fecha

Paul Castillo, Ph.D.
Representante de Estudios Graduados

Fecha

Isidoro Couvertier, Ph.D.
Director del Departamento

Fecha

UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO

Resumen
Facultad de Ingenier´ıa
Departamento de Ingenier´ıa El´ectrica y Computadoras
Maestr´ıa enCiencias
por Omar Gil Arias

Esta tesis trata sobre el modelado y la simulaci´on de dispositivos fotovoltaicos orientado a
sistemas de potencia, tomando en cuenta el efecto de la irradiaci´on efectiva, la velocidad del
viento y la temperatura ambiente sobre las caracter´ısticas el´ectricas de dichos dispositivos. Se
propone una expresi´on para describir el voltaje de circuito abierto, v´alida entodo el rango de
operaci´on normal de un panel fotovoltaico, as´ı como un modelo din´amico de la temperatura
de operaci´on. Tambi´en se estudi´o la variaci´on de la temperatura como consecuencia de
la potencia que entrega un panel. Tomando estos factores en cuenta, se implement´o una
herramienta de simulaci´on f´acilmente implementable en la mayor´ıa de los programas de
simulaci´on disponibles enel mercado. Simulaciones de diferentes ejemplos se presentan para
ilustrar su viabilidad.

UNIVERSITY OF PUERTO RICO

Abstract
Faculty of Engineering
Electrical and Computer Engineering Department
Master of Science
by Omar Gil Arias

This thesis focuses on modeling and simulation of photovoltaic devices oriented to power
systems, taking into account the effect of the irradiation effect, windspeed and temperature
on the electrical characteristics of these devices. It is proposed an expression to describe the
open circuit voltage, valid throughout the range of normal operation of a photovoltaic device,
as well as a dynamic model of the temperature of operation. It also studied the variation in
temperature as a result of the power delivery to a panel. Taking these factors into account,
wasdevelop a simulation tool easily implementable in most of the simulation programs
available on the market. Simulations of different examples are presented to illustrate its
viability.

Agradecimientos
En primer lugar quiero agradecer al Dr. Eduardo Ortiz su orientaci´on e instrucciones durante
todo este tiempo. Gracias por permitirme ser parte de su equipo de investigaci´on.
Tambi´en quieroagradecer a Dr. Jos´e Cede˜
no y al Dr. Miguel V´elez por formar parte de
mi comit´e.
A mi familia por todo el apoyo que siempre me han brindado. A los amigos que he
conocido en esta etapa de mi vida, por hacerla aun m´as enriquecedora. A Carlos y Giselle
por su incomparable hospitalidad.
Este trabajo fue parcialmente patrocinado por el programa ERC de la NSF (National
Sci ence Foundation, por sussiglas en ingl´es), bajo la concesi´on EEC-9731677.

iii

´Indice general
Resumen

I

Agradecimientos

III

List of Figures

VII

List of Tables

X

S´ınbolos

1. Introducci´
on
1.1. Motivaci´on . .
1.2. Objetivos . .
1.3. Contribuci´on
1.4. Contenido . .

XI

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2. Trabajos Anteriores
2.1. Trabajos Relacionados a los M´etodos de Simulaci´on . . . . . . . . . . . .
2.1.1. Introducci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2. Trabajos Anteriores . . . . . . . . . . . . . . . ....