Caracterização de painéis solares fotovoltaicos usando o algoritmo de Nelder-Mead modificado

Abstract

A degradação das tecnologias fotovoltaicas são um dos principais desafios técnicos, afetando a sua eficiência e potência gerada. A degradação é a deterioração dos componentes internos dos sistemas solares devido à ação simultânea de fatores ambientais e de fabrico, como a radiação ultravioleta, humidade, poeira, sujidade, defeitos de fabrico, e envelhecimento natural por exposição prolongada à luz solar. É fundamental acompanhar em tempo real o estado de degradação para poder compreender e estudar os seus impactos. Estas alterações manifestam-se eletricamente, permitindo modelar a célula solar através de circuitos elétricos equivalentes, como o modelo de d´ iodo único e duplo, que possuem um conjunto de parâmetros internos. O objetivo desta dissertação é a estimação dos parâmetros internos para o modelo de d´iodo único com a melhor precisão e exatidão, através de um modelo desenvolvido usando o algoritmo de Nelder-Mead modificado, permitindo traçar a curva I-V ou P-V em qualquer altura. O processo de extração dos parâmetros utiliza um algoritmo de otimização que minimiza uma função objetivo. Foi feita uma análise de sensibilidade adicionando ruído, comparando o algoritmo de Nelder-Mead modificado com o original usando uma função objetivo convencional. Nesta disserta ção foi introduzido o conceito de imposição de limites aos parâmetros como modificação, o que resultou na melhoria de alguns parâmetros em comparação com o original. Adicionalmente foi usada uma função objetivo diferente e comparada com a convencional. Os resultados indicam que a implementação de limites altera significativamente os resultados obtidos, sendo necessário um estudo mais aprofundado, e que a função objetivo convencional poderá não ser a mais adequada para a extração de parâmetros internos de sistemas fotovoltaicos; - Abstract: Characterization of Photovoltaic Solar Panels using the Modified Nelder-Mead Algorithm - The degradation of photovoltaic technologies is one of the main technical challenges, affecting their efficiency and power generated. Degradation is the deterioration of the internal components of solar systems due to the simultaneous action of environmental and manufacturing factors, such as ultraviolet radiation, humidity, dust, dirt, manufacturing defects, and natural aging from prolonged exposure to sunlight. It is essential to monitor the state of degradation in real time in order to understand and study its impacts. These changes manifest themselves electrically, allowing the solar cell to be modeled through equivalent electrical circuits, such as the single and double diode models, which have a set of internal parameters.The objective of this dissertation is to estimate the internal parameters for the single diode model with the best precision and accuracy, through a model developed using the modified Nelder-Mead algorithm, allowing the I-V or P-V curve to be plotted at any height. The parameter extraction process uses an optimization algorithm that minimizes an objective function. A sensitivity analysis was performed by adding noise, comparing the modified Nelder-Mead algorithm with the original using a conventional objective function. This dissertation introduced the concept of imposing limits on parameters as a modification, which resulted in the improvement of some parameters compared to the original. Additionally, a different objective function was used and compared with the conventional one. The results indicate that the implementation of limits significantly alters the results obtained, requiring further study, and that the conventional objective function may not be the most suitable for extracting internal parameters of photovoltaic systems.