Modeling and simulation of photovoltaic systems under partial shading conditions

Abstract

This thesis introduces a methodology for modeling commercial photovoltaic panels at the cell level operating under partial shading conditions. In the first part, a review of the literature is presented, focusing on the proper representation of the current-voltage characteristics in both forward and reverse bias, the mathematical formulation, the circuit model, and the estimation of parameters for photovoltaic cells. In the second part, the single diode model (SDM), the direct-reverse model (DRM), and Bishop’s model are introduced, emphasizing their current-voltage relationship, mathematical formulation, circuit model, and parameter requirements. In the third part of the thesis, a procedure to obtain I-V curves in panel terminals without the need for any physical intervention is detailed. This procedure is necessary to compare the behavior of the three models analyzed in both quadrants. The procedure requires a panel without a bypass diode and measurement equipment capable of acquiring current, voltage, temperature, and irradiation. After considering the evaluation of some metrics such as root mean square error (RMSE) and mean absolute percentage error (MAPE), Bishop’s model is selected for use in the methodology. In the fourth part, a methodology to estimate the parameters of Bishop’s model is proposed, which formulates the estimation of the parameters as an optimization problem. The metho- dology uses a genetic algorithm, and it is validated using information from two commercial panels. The curve reconstructions for each technology are evaluated using metrics such as RMSE and MAPE to assess the accuracy of the models (Texto tomado de la fuente)

Esta tesis presenta una metodología de modelado de paneles fotovoltaicos comerciales a nivel de celda operando bajo condiciones de sombreado parcial. En la primera parte se realiza una revisión de la literatura sobre la representación de celdas fotovoltaicas, en la que se consideran características importantes como la formulación matemática, el modelo circuital, la representación apropiada del comportamiento en modo directo e inverso y la estimación de parámetros. En la segunda parte, se exponen algunos de los modelos m ́as utilizados en la literatura para el modelado de celdas fotovoltaicas, Modelo de un solo diodo (SDM), Modelo DRM y el modelo de Bishop, prestando especial atención a la relación corriente-voltaje, la formulación matemática, el modelo circuital y los parámetros necesarios para su evaluación. Para modelar los paneles a nivel de celda, la tercera parte se enfoca en detallar un procedimiento para obtener las curvas I-V en terminales de un panel, sin necesidad de ninguna intervención física. Para lo se requiere un panel sin diodo de bypass, información del panel obtenida al sombrear el panel y algunos equipos de medida que permitan adquirir corriente, voltaje, temperatura e irradiación.

En la tercera parte de la tesis se detalla un procedimiento para obtener curvas I-V en terminales del panel sin necesidad de intervención física alguna. Este procedimiento es necesario

para comparar el comportamiento de los tres modelos analizados en ambos cuadrantes. El procedimiento requiere un panel sin diodo de derivación y un equipo de medición capaz de adquirir corriente, voltaje, temperatura e irradiación. Después de considerar la evaluación de algunas métricas como el error cuadrático medio (RMSE) y el error porcentual absoluto medio (MAPE), se selecciona el modelo de Bishop para su uso en la metodología. En la cuarta parte, se propone una metodología para estimar los parámetros del modelo de

Bishop, formulando el problema de estimación de parámetros como un problema de optimización. La metodología utiliza un algoritmo genético y se valida con información de dos

paneles comerciales. Las reconstrucciones de curvas para cada tecnología se evalúan utilizando métricas como RMSE y MAPE para evaluar la precisión de los modelos.