Μοντελοποίηση φωτοβολταϊκής κυψέλης και δοκιμή φωτοβολταϊκού πλαισίου σε πραγματικές συνθήκες

Abstract

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η παρακολούθηση και η μελέτη της συμπεριφοράς ενός πολυκρυσταλλικού φωτοβολταϊκού πλαισίου, επί ένα ολόκληρο έτος, σε πραγματικές συνθήκες. Για το σκοπό αυτό επιλέχθηκε το φωτοβολταϊκό πλαίσιο SE220 της εταιρίας Silcio, ονομαστικής ισχύος 220 W, το οποίο εγκαταστάθηκε στην οροφή του παλαιού κτιρίου της σχολής των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του πλαισίου παράλληλα με τα μετεωρολογικά δεδομένα της περιοχής καταγράφονταν συνεχόμενα επί ένα έτος και αποθηκεύονταν σε μια βάση δεδομένων. Έπειτα τα δεδομένα επεξεργάστηκαν και αναλύθηκαν υπό τη μορφή γραφικών παραστάσεων. Επιπλέον έγινε μοντελοποίηση της φωτοβολταϊκής κυψέλης στο περιβάλλον του matlab simulink ώστε να γίνει δυνατή η σύγκριση των αποτελεσμάτων του πειράματος με τα αντίστοιχα της προσομοίωσης. Η προσομοίωση η οποία κατασκευάστηκε, δέχεται ως δε-δομένα τα χαρακτηριστικά βιομηχανικών πλαισίων (τα οποία παρέχονται από τους κατασκευαστές τους) καθώς και την τάση λειτουργίας τους, παρέχοντας στον χρήστη τις I-V και P-V χαρακτηριστικές των πλαισίων αυτών. Ενώ, σε περίπτωση όπου δεν είναι γνωστές οι αντιστάσεις Rs και Rsh της κυψέλης μπορούν να υπολογιστούν με παράλληλη γραφική αναπαράσταση της διαδικασίας. Τέλος, έγινε κατασκευή ενός πολυκρυσταλλικού φωτοβολταϊκού πλαισίου με χαρα-κτηριστικά που προσεγγίζουν όσο το δυνατόν περισσότερο αυτά του SE220. Το χειροποίητο πλαίσιο τοποθετήθηκε ομοίως στην οροφή του παλαιού κτιρίου της σχολής των Ηλεκτρο-λόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Για το παραπάνω πείραμα, επιλέχθηκαν 60 φωτοβολταϊκές κυψέλες πολυκρυσταλλικού πυριτίου από την Silcio, οι οποίες κολλήθηκαν σε σειρά μεταξύ τους και ενθυλακώθηκαν σε διάταξη διπλού τζαμιού ώστε να μπορούν παράγουν την απαιτούμενη ισχύ των 220W.

The scope of this thesis was the continuous study and monitoring of the behavior of a polycrystalline photovoltaic module in real life conditions, for an entire year. The module that was chosen for this purpose was the SE220 of the Greek company SILCIO, with nominal power 220W, which was installed on the roof of the old facilities of the electrical engineering and computer engineering school. The electrical characteristics of the module along with the meteorological data of the region were recorded continuously for a whole year and stored in a computer database. Afterwards, the data was analyzed graphically. Furthermore a simulation of a photovoltaic cell was developed in matlab simulink environment in order to compare the results of the experiment with the respective results of the simulation. The simulation that was build, accepts as income data the technical specifications of industrial photovoltaic modules (supplied by their manufacturers) as well as the operating voltage of the module, providing the user with the I-V and P-V characteristics of the modules as output data. Moreover, in case that the values of the cell resistances Rs and Rsh are unknown, they can be evaluated with parallel graphic representation of the procedure. Finally, a polycrystalline photovoltaic module was fabricated with specifications as close as possible to that of the SE220. The handmade module was also installed on the roof of the old facilities of the electrical engineering and computer engineering school. For this experiment, there were chosen 60 polycrystalline photovoltaic cells from Silcio, which were soldered in series and encapsulated in double glass formation in order to produce the required power of 220W.