UUNNIIVVEERRSSIITTAATTEEAA TTEEHHNNIICCĂĂ ddiinn CCLLUUJJ–NNAAPPOOCCAA [608918]

UUNNIIVVEERRSSIITTAATTEEAA TTEEHHNNIICCĂĂ ddiinn CCLLUUJJ–NNAAPPOOCCAA
FACULTATEA de INGINERIE ELECTRICĂ

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL
PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE PENTRU
PANOURILE FOTOVOLTAICE

I. ENUNȚUL TEMEI:
ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE
MAXIMA PUTERE PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

II. CONȚINUTUL proiectului de diplomă/lucrării de disertație
a) X capitole
b) X figuri

III. LOCUL DOCUMENTĂRII:
Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca
Facultatea de Inginerie Electrică
Departamentul de Electroenergetica și Management

IV. CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC:
Asist.dr.ing Cosmin DARAB

V. Data emiterii temei: 10.10.2017
VI. Termen de predare: 09.07.2018

Conducător științific, Absolventa,
Asist.dr.ing Cosmin DARAB Ioanna PAPADOPOULOU

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 2

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 3

Declarație-angajament : Deoarece acest proiect de diplomă/lucrare de disertație nu ar fi putut fi
finalizat(ă) fără ajutorul membrilor departamentului Electroenergetica și Management și a
echipamentelor de la departament, mă angajez să public informațiile conținute în lucrare numai
cu acordul scris al conducătorului științific și al directorului de departament.

Data: ………… Semnătura

Declarație : Subsemnata Papadopoulou Ioanna declar că am întocmit prezentul proiect de
diplomă/lucrare de disertație prin eforturi proprii, fără nici un ajutor extern, sub îndrumarea
conducătorului științific și pe baza bibliografiei indicate de acesta.

Data: ………… Semnătura

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 4

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 5

STRUCTURA ORIENTATIVĂ A UNUI PROIECT DE
DIPLOMĂ/LUCRARE DE DISERTAȚIE

1. Pagina de titlu
2. Foaia de capăt 3
3. Cuprins 5
4. Introducere 7
Motivația și importanța subiectului ales
Obiectivele cercetării
Analiza soluțiilor existente în literatura de specialitate consultată
Prezentarea strategiei de lucru
5. Prezentarea studiului teoretic (cu titlul adecvat)
6. Rezultate și interpretarea lor
7. Concluzii și autoevaluarea contribuțiilor originale
8. Anexe
9. Bibliografie

Organizarea conținutului proiectului de diplomă este stabilită în manieră concretă după
consultarea conducătorului științific. Pagina de titlu se redactează conform modelului anexat, iar
foaia de capăt ce conține datele temei proiectului este obținută de la conducătorul științific, care
completează cele necesare conform modelului alăturat.
Lucrarea de disertație pentru absolvirea studiilor universitare de masterat trebuie să
conțină elemente de cercetare științifică.
Cuprinsul se întocmește la finalizarea lucrării, după tehnoredactarea acesteia ce survine
în urma acordului dat de către conducătorul științific.

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 6

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 7
Capitolul 1
Introducere
Ca urmare a crizei energetice și a poluării mediului resursele regenerabile au dus la
soluționarea acestor probleme prin folosirea sistemului fotovoltaic (PV). Unele din avantajele
folosirii PV este că poate fi instalat aproape oriunde atât pe sol cât și acoperis sau perete neavând
componente în miscare, nefacând zgomot și negenerând poluare.
Sistemul PV este alcătuit din panouri fotovoltaice, baterii, încarcare controler și
invertor. Generatoarele fotovoltaice independente transformă radiația soarelui în energie și o
stochează în baterie.
Principala problema a sistemelor fotovoltaice este stocarea și faptul că procesul de
generare a energiei e influențata de modificarile iradierii solare. Urmarirea a punctului maxim de
putere (MPPT) aduce o creștere a eficienței facând generatoarele să producă maxim în toate
condițiile. Deci MPPT este de obicei încorporat în controlerul de încarcare. Rolul principal al
unui controler este de a proteja și automatiza încărcarea bateriei.
În cadrul studiului de față s-a realizat modelul la o celulă a panoului fotovoltaic cu
ajutorul programului Matlab și a extensie ei Simulink. S-au introdus constantele cu valorile lor și
s-a implementat geometria modelului dupa care am validat si am observat cum variaza puterea
și curentul în raport cu tensiunea de iesire a panoului.
În continuare, am introdus la panoul fotovoltaic existent un controler . Există mai multe
metode de urmărire a punctului maxim de putere. Una dintre cele mai utilizate metode este
Perturbe & Observe (P&O) care arată creșterea valorii unei variabile si apoi monitorizarea
puterii de ieșire. În cazul în care crește mai mult decât în pasul următor se încrementează din nou
și așa mai departe. Principala problemă cu acest tip de algoritm este că ieșirea este mereu
oscilantă în jurul valorii de MPP. În metoda folosită s-au efectuat mai multe simulări.
Controlerul are nevoie de un filtru de ordin n iar cea mai bună valoare a coeficientul filtrului λ
este de obicei ales după câteva simulări cu valori diferite.
În cadrul Capitolului 2 se prezintă o scurtă introducere care conține partea teoretică cu
privire la fenomenul de sisteme fotovolaice (PV), eficiența lor și urmărirea punctului maxim de
putere.Tot în cadrul acestui capitol se regăsesc noțiunile elementare ale programelor Matlab și
extensia ei Simulink. În Capitolul 3 se prezintă modelarea celulei panoului fotovoltaic cu
ajutorul programului Simulink. Capitolul 4 conține procesul de modelare a panoului fotovoltaic
cu controlerul folosind algoritmul punctului maxim de urmărire a puterii. Capitolul 5 cuprinde
concluziile finale ale studiului realizat.

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 8 Capitolul 2
NOTIUNI TEORETICE
2.1 SISTEME FOTOVOLTAICE [1]
Termenul “fotovoltaic” (PV) se referă la conversia luminii în energie electrică folosind
materiale semiconductoare care folosesc efectul fotovoltaic, un fenomen studiat în fizică,
fotochimie și electrochimie.
Un sistem fotovoltaic tipic utilizează panouri solare, fiecare cuprinzând un număr de
celule solare, care generează energie electrică. Instalațiile fotovoltaice pot fi montate pe sol,
montate pe acoperiș sau montate pe perete. Suportul poate fi fixat sau putem folosi un dispozitiv
care urmăreste soarele peste cer.
PV are avantaje specifice ca sursă de energie: odată instalată, funcționarea nu generează
poluare și nu are emisii de gaze cu efect de seră, arată o scalabilitate simplă în ceea ce privește
necesarul de energie.
Sistemele fotovoltaice au dezavantajul că puterea electrică depinde de lumina directă a
soarelui (radiatia solară), astfel că aproximativ 10-25% din potențialul lor e pierdut dacă nu se
utilizează un sistem de urmărire, deoarece celula nu se va îndrepta direct spre soare în orice
moment. Praful, norii și alte obstacole din atmosferă diminuează de asemenea puterea de ieșire.
O altă problemă principală este concentrarea producției în orele care corespund periodei celei
mai luminoase ale zilei, care de obicei nu corespund vârfurilor cererii în ciclurile de activitate
umană. Cu excepția cazului în care modelele actuale ale rețelelor de consum și a rețelelor
electrice se adaptează reciproc la acest scenariu, energia electrică trebuie încă stocată pentru
utilizare ulterioară sau compusă din alte surse de alimentare, de obicei hidrocarburi.

2.2 EFICIENTA
Eficiența electrică (denumită și eficiența conversiei) este un factor care contribuie la
alegerea unui sistem fotovoltaic. Cu toate acestea, cele mai eficiente panouri solare sunt de
obicei cele mai scumpe și pot să nu fie disponibile în comerț. Prin urmare, selecția este, de
asemenea, determinată de eficiența costurilor și de alți factori.

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 9 Eficiența electrică a unei celule PV este o proprietate fizică care reprezintă cantitatea de
energie electrică pe care o celulă o poate produce pentru o anumită insolare. Expresia de bază
pentru eficiența maximă a unei celule fotovoltaice este dată de raportul dintre puterea de ieșire și
energia solară incidentă (suprafața fluxului de radiație)
η=Pmax/(E x A cell) (1.1)

Eficiența este măsurată în condiții de laborator ideale și reprezintă eficiența maximă
posibilă a materialului PV. Eficacitatea efectivă este influențată de tensiunea de ieșire, de curent,
de temperatura de joncțiune, de intensitatea luminii și de spectru.
Cel mai eficient tip de celule solare până în prezent este o celulă solară concentrată cu mai
multe joncțiuni, cu o eficiență de 46,0% produsă de Fraunhofer ISE în decembrie 2014. Cea mai
mare eficiență obținută fără concentrare include un material produs de către Sharp Corporation și
are o eficiență de 35,8%, o tehnologie patentată de fabricare a joncțiunilor în 2009, și Boeing
Spectrolab (40,7%, de asemenea, folosind un design cu trei straturi). Compania americană
SunPower produce celule care au o eficiență de 21,5%, cu mult peste media de piață de 12-18%.
Există un efort continuu de creștere a eficienței conversiei celulelor fotovoltaice și a
modulelor, în primul rând pentru avantajul competitiv. Pentru a crește eficiența celulelor solare,
este important să alegeți un material semiconductor care să corespundă spectrului solar. Acest
lucru va spori proprietățile electrice și optice. Îmbunătățirea metodei de colectare este utilă
pentru creșterea eficienței. Există mai multe grupuri de materiale care sunt în curs de dezvoltare.
Dispozitivele ultrahigh-eficient (η> 30%) [30] sunt realizate folosind semiconductori GaAs și
GaInP2 cu celule tandem multijuncționale. Materialele siliconice de înaltă calitate, cu un singur
cristal, sunt utilizate pentru a obține celule cu costuri reduse, de eficiență (η > 20%).
Evoluțiile recente în celulele fotovoltaice organice (OPV) au făcut progrese semnificative
în eficiența conversiei de putere de la 3% la peste 15% de la introducerea lor în anii 1980. Până
în prezent, randamentul cel mai ridicat de conversie a puterii raportat, variază de la 6,7% până la
8,94% pentru molecula mică, 8,4% -10,6% pentru OPV-urile polimerice și 7% până la 21%
pentru OPV-urile ”perovskite”. OPV-urile sunt de așteptat să joace un rol major pe piața
fotovoltaică. Îmbunătățirile recente au sporit eficiența și au redus costurile, rămânând în același
timp benigne din punct de vedere al mediului și regenerabilității.

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 10 Mai multe companii au început să încorporeze optimizatoare de putere în module PV,
numite module inteligente. Aceste module realizează monitorizarea punctului de putere maxim
(MPPT) pentru fiecare modul individual, măsoară datele de performanță pentru monitorizare și
oferă caracteristici de siguranță suplimentare. Aceste module pot, de asemenea, să compenseze
efectele de umbrire, în care o umbră care se încadrează pe o secțiune a unui modul determină
scăderea puterii electrice a unuia sau mai multor șiruri de celule din modul.
Una dintre cauzele majore pentru scăderea performanțelor celulelor este supraîncălzirea.
Eficiența unei celule solare scade cu aproximativ 0,5% pentru fiecare creștere de temperatură de
1 grade Celsius. Aceasta înseamnă că o creștere cu 100 de grade a temperaturii suprafeței ar
putea reduce eficiența unei celule solare cu aproximativ jumătate. Celulele solare cu auto-răcire
reprezintă o soluție la această problemă. În loc să folosească energie pentru răcirea suprafeței,
formele de piramide și conuri pot fi formate din siliciu și atașate la suprafața unui panou solar.
Acest lucru permite ca lumina vizibilă să ajungă la celulele solare, dar reflectă razele infraroșii
(care transporta căldură).

2.3 Maximum Power Point Tracking [2]
Punctul maxim de urmărire a puterii (MPPT) este o tehnică utilizată frecvent cu turbine și
sisteme solare fotovoltaice pentru a maximiza extragerea energiei în toate condițiile.
Prima problema pe care o rezolva MPPT este că eficiența transferului de putere din celula
solară depinde atât de cantitatea de lumină solară care se transmite pe panourile solare, cât și de
caracteristicile electrice ale încărcării. Cu cât variaza luminozitatea soarelui, caracteristica de
încarcare schimbă eficiența transferului de putere, astfel încat eficiența sisteului este optimizată
atunci cănd caracteristica de sarcină se modifică pentru a menține transferul de putere la cea mai
mare eficiența. Această caracteristică de incarcare se numeste punctul de putere maximă, iar
MPPT este procesul de identificare a acestui punct si menținerea sarcinii la nivelul care trebuie.
Circuitele electrice pot fi proiectate să prezinte sarcini arbitrate la celulele fotovoltaice si apoi să
transforme tensiunea, curentul sau frecvența în funcție de alte dispozitive sau sisteme. MPPT
rezolvă problema alegerii celei mai bune sarcini care trebuie prezentată celulelor pentru a obține
puterea cea mai eficientă.
Celulele solare au o relație complexă între temperatură și rezistența totală care produce o
eficiență de ieșire neliniară și poate fi analizată pe baza curbei I-V. Scopul sistemului MPPT este
de a preleva ieșirea celulelor fotovoltaice și de a aplica rezistența corespunzătoare (sarcina)

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 11 pentru a obține puterea maximă pentru orice condiții de mediu date. Dispozitivele MPPT sunt în
mod obișnuit integrate într-un sistem de convertizor de tensiune electrică, care asigură conversia,
filtrarea și reglarea tensiunii sau a curentului pentru conducerea diferitelor sarcini, inclusiv a
rețelelor electrice, a bateriilor sau a motoarelor.
Invertoarele solare convertesc puterea de curent continuu la curent alternativ și pot
include MPPT: astfel de invertoare prelevă puterea de ieșire (curba I-V) de la modulele solare și
aplică rezistența corespunzătoare (sarcină) astfel încât să obțină o putere maximă. Puterea la
MPP (Pmpp) este produsul tensiunii MPP (Vmpp) și curentului MPP (Impp).

2.3 Programul Matlab [3]
MATLAB (Matrix Laboratory) este un mediu de dezvoltare pentru calcul numeric și
analiză statistică ce conține limbajul de programare cu același nume, creat de MathWorks.
MATLAB permite manipularea matricilor, vizualizarea funcțiilor, implementarea algoritmilor,
crearea de interfețe și poate interacționa cu alte aplicații. Chiar dacă e specializat în calcul
numeric, există pachete care îi permit să interacționeze cu motoarele de calcul simbolic gen
Maple. Un pachet adițional, Simulink, oferă posibilitatea de a realiza simulări ale sistemelor
dinamice și îmbarcate utilizând modele matematice. MATLAB e utilizat pe larg in industrie, în
universitați și e disponibil cross-platform, sub diverse sisteme de operare: Windows,
GNU/Linux, UNIX și Mac OS.

2.4 Programul Simulink [4]
SIMULINK-extensie a mediului MATLAB SIMULINK este un mediu pentru
modelarea, analiza și simularea unui mare număr de sisteme fizice și matematice. Ca extensie
opțională a pachetului de programe MATLAB, SIMULINK oferă o interfață grafică cu
utilizatorul pentru realizarea modelelor sistemelor dinamice reprezentate în schema bloc. O
bibliotecă vastă, cuprinzând cele mai diferite blocuri stă la dispoziția utilizatorului. Aceasta
permite modelarea rapidă și clară a sistemelor, fără a fi necesară scrierea măcar a unui rând de
cod de simulare. Modelele realizate sunt de natură grafică, iar pe lângă numeroase alte avantaje
SIMULINK oferă și posibilitatea de documentare și de tipărire a rezultatelor la imprimantă.
Rezultatele simulării unui sistem pot fi urmărite chiar în timp ce se desfășoară simularea, pe un
osciloscop reprezentat într-o fereastră a ecranului. SIMULINK dispune de algoritmi avansați de
integrare și de funcții de analiză care furnizează rezultate rapide și precise ale simulării.

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 12 Șapte metode de integrare:
• simulare interactivă cu afișare în timp real a rezultatelor
• simulări de tip Monte-Carlo
• calcul de stabilitate
• liniarizări Arhitectura deschisă a SIMULINK-ului permite extinderea mediului de simulare:
• construirea de blocuri speciale și biblioteci de blocuri cu icoane proprii cu interfață cu
utilizatorul pentru MATLAB, Fortran sau C.
• combinarea programelor Fortran și C disponibile pentru preluarea modelelor deja validate.
• generarea de cod C din modele SIMULINK cu generatorul opțional SIMULINK de cod C.

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 13
Capitolul 3
Modelarea panoului fotovoltaic

3.1. Formularea problemei
Se consideră o celula a panoului fotovoltaic

Pasul 1. Introducerea constantelor

Pentru a introduce constantele, apelăm comanda File →Model Properties → Callbacks →
InitFcn* și introducem parametrii cu valorile lor .

Fig. 3.1. Introducerea constantelor.

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 14

Parameter Description Value Parameter Description Value
Voc Open circuit
voltage 32.9 V T Ambient
Temperature 301șK
Isc,n Short circuit
current 8.21A Tn Nominal
temperature 300șK
k Boltzmann’s
Constant 1.38*10-23 q Electron
Charge 1.6*10-19
Ns Number of
cells in series 54 n Diode ideality
factor 2
G Solar
Insolation 800 I0 Diode
saturation
current
Gn Nominal
Solar
insolation 1000 I0n Diode
nominal
saturation
current 9.85*10-8
Kv Voltage
coefficient -0.1230 Ig,n Nominal
current at
STC 8.214
Ki Current
coefficient 0.0032 Eg Bandgap
Energy 1.32eV
Rs Series
resistance 0.221Ω Rp Parallel
resistance 414.5Ω

Fig. 3.2. Tabelul cu parametrii si valorile lor

Pasul 2. Selectarea metodei de rezolvare a circuitului

Fig. 3.3. Blocul powergui

Se adaugă blockul powergui dupa care se selectează sa fie discret în loc de continous
Ts la care se zice sample time ne arata câte numere generează la o secundă adică pasul.
La model pasul e 5 x 10-5
s.

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 15

Fig. 3.4. Selecterea tipul de simulare

Pasul 3. Implementarea geometriei modelului.

Modelul cel mai simplu pentru o celulă solară, derivat din caracteristica fizică a acesteia,
este reprezentat de modelul cu o diodă. Circuitul echivalent pentru o celulă fotovoltaică este
reprezentat în figura 3.4, în care sursa de curent furnizează un curent direct proporțional cu
nivelul radiației solare [11].

Fig. 3.5. Circuit echivalent pentru o celulă fotovoltaică

Formule folosite pentru model:

Ipv=Im- Ish (3.1)

IshV Ipv Rs
Rp


(3.2)

Im=Ig-Id (3.3)

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 16 Ipv este curentul fotovoltaic emis;
Rs și Rp sunt rezistențe serie respectiv paralel;
Ish este curentul prin rezistorul paralel Rp;
Im este un current prin diferența curentului generat de lumină si a curentului prin diode;
Ig este curentul generat de lumină incidentă (proporțională cu iradierea soarelui);
Id este curentul prin dioda D;

 Modelarea Im ca Im = Ig-Id

Im este un current prin diferența curentului generat de lumină si a curentului prin diode;
Ig este curentul generat de lumină incidentă (proporțională cu iradierea soarelui);
Id este curentul prin dioda D;
 Modelarea s-a realizat prin implementarea a doua subsisteme: Ig si Io.

Fig. 3.6. Subsistemul Ig și Io
 Modelarea subsistemul Ig

(3.4)
Ig,n este curentul nominal generat de lumina incidentă (proporțională cu iradierea soarelui);
K1 este coeficientul curentului;
ΔΤ este Tamb-Tnom;
Tamb este temperatura mediului;
Tnom este temperatura nominală;
G este iradierea soarelui în W / m2
Gn este iradierea nominală a soarelui în W/m2 IgIg nK1T G
Gn 

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 17 Prima data am creat constantele Ign, Ki, delT, G și Gn
După care am folosit blocul Product pentru a face produsul între Ki si delT am folosit blocul
Add pentru adăugarea constantei Ign
Am folosit blocul Divide pentru a împarții G la Gn
La final am folosit blocul Product1 pentru a face produsul de la prima suma și a împarțirei.

Fig. 3.7. Subsistemul Ig

 Modelarea subsistemului Io

I0Isc nK1 
expV0c nKv
Vt



 1
(3.5)

VtNsk
q
(3.6)

Isc,n este curentul de scurtcircuit la temperatură de referință și iradiere;
K1 este coeficientul curentului;
ΔΤ este Tamb-Tnom;
Tamb este temperatura mediului;
Tnom este temperatura nominală;
Voc,n este tensiunea electrica a circuitului deschis;

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 18 Kv este coeficientul tensiunii
Ns este numărul de celule PV conectate în serie;
a este constanta diodă de idealitate;
k este constanta Boltzmann;
q este încărcărea electronică;

Prima dată am creat constantele Isc,n, Ki, delT, Kv,Vocn,a și Vt
După care am folosit blocul Product pentru a face produsul între Ki si delT am folosit blocul
Add pentru adăugarea constantei Iscn.
Am folosit încă o data blocul Product pentru a face produsul între delT si Kv am folosit blocul
Add pentru adăugarea constantei Vocn.
Am făcut produsul constantei a cu Vt și am derivat cu ultimul rezultat al produsului de mai sus.
Rezultatul final o să fie puterea exponențială la care am folosit blocul Math Function
Și rezultatul de la exponențial am redus cu 1 la care am folosit blocul Substract.

Fig. 3.8. Subsistemul Io

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 19  Modelarea Id

IdI0expV IPVRs
Vtn 1


(3.7)

Vd=V+IPV·Rs (3.8)

VtNsk
q
(3.9)
ΔΤ este Tamb-Tnom;
Tamb este temperatura mediului;
Tnom este temperatura nominală;
Voc,n este tensiunea electrică a circuitului deschis;
Kv este coeficientul tensiunii
Ns este numărul de celule PV conectate în serie;
k este constanta Boltzmann;
q este încărcărea electronică;
Rs și Rp sunt rezistorii de serie și derivați ai celulei, respectiv.
Tensiunea de ieșire a celulei Vis (V);
n este constanta de diodă de idealitate;
Vd tensiunea care trece prin dioda Rp;

Prima dată am creat constantele Vt,n.
După care am folosit blocul Product pentru a face produsul între Vt si n, am folosit blocul
Divide pentru împărțirea ultimului produs cu constanta Vd si rezultatului final la radăcina
exponențială folosînd blocul Math Function .
Rezultatul de la exponențial o sa fie redus cu 1 folosînd blocul Substract .
Ultima operațiune o să fie cu blocul Product la care o să facem produsul a subsistemului Io cu
ultimul rezultat de mai sus.

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 20

Fig. 3.9. Sistemul Id

 Alegerea mediului de lucru

Fig. 3.10. Mediul de lucru

Fig. 3.11. Setarea mediului de lucru

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 21  Introducerea semnalul rampa

Fig. 3.12. Semnalul rampa

Fig. 3.13. Setarea parametrilor de semnal

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 22  Introducerea vizualizării mărimii de iesire pe osciloscop

Fig. 3.14. Osciloscop

 Modelul final

Fig. 3.15. Modelul final

Pasul 4. Rularea aplicatiei
Pentru a porni rularea aplicației se apelează comanda executivă Run, din meniul de
simulare al aplicației Matlab, sau se dă click pe icoana corespunzătoare acestei comenzi.

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 23

Fig. 3.16. Rularea modelul

Fig. 3.17. Timpul executarii

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 24
3.2 Validarea modelului implementat

Fig. 3.18. I-V și P-V

Aici avem reprezentate două grafice, la primul grafic este reprezentat curentul în
raport cu tensiunea de ieșire. Iar în al doilea este reprezentată puterea în raport cu
tensiunea. Graficele respective ne arată că modelul nostru fucționează bine ca un panou
fotovoltaic.

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 25 Capitolul 4
Modelarea panoului fotovoltaic cu controlerul

4.1 Algoritmul de Punctul maxim de urmărire a puterii

De obicei, MPPT implică ajustarea ieșirii celulei fotovoltaice la valorile care se
potrivesc cel mai bine la încărcăre. Algoritmul ne ajută la păstrarea puterii la valoarea
maximă pentru a încărca de exemplu unui acumulator. Acest algoritm este implementat
de obicei în controlerul de încărcare (convertorul CC-CC). Cei mai mulți dintre algoritmii
dezvoltați sunt algoritmi de tip logic care pot fi ușor implementați în controler. Una dintre
cele mai utilizate metode este Perturbe & Observe (P&O) este creșterea valorii unei
variabile și apoi monitorizarea puterii de ieșire. În cazul în care crește mai mult decât în
pasul următor se incrementează din nou și așa mai departe. Principala problemă cu acest
tip de algoritm este că ieșirea este mereu oșcilantă în jurul valorii de MPP.
În această lucrare propunem un algoritm care se folosește modelul de celulă PV pentru
a calcula MPP. Sistemul utilizat pentru această lucrare este prezentat mai jos:

Fig. 4.1. Sistemul controler

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 26
Implementarea Simulink a sistemului general propus este prezentată în figura 4.2.

Fig. 4.2. Prezentarea Simulink controler

Modelul de control intern (IMC) poate fi implementat simplificat prin găsirea
funcției inverse a modelului și aplicarea unui filtru. Acest filtru are forma specificată în
ecuația 4.1:

n (4.1)

Mai întâi trebuie să fie determinat inversul modelului dezvoltat (H (s)).

(4.2)

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 27 H (s) representă inversul funcției modelului care a fost implementat în MATLAB și
este prezentat în Fig 4.3.Controlerul are nevoie, de asemenea, de un filtru de ordin n. Cu
cât este mai mare ordinea filtrului cu atât este mai costisitoare și mai greu de implementat
în controler. Așa că ordinea filtrului a fost aleasă să fie 2. Coeficientul filtru λ este de
obicei ales după câteva simulări cu valori diferite. Valoarea cu cel mai bun rezultat pentru
acest filtru a fost 5. Grafica din Figura 4.4 prezintă simulările pentru găsirea celei mai
bune valori pentru coeficientul λ.

Fig. 4.3. Implementarea Simulink funcției H (s)

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 28

Fig. 4.4. Simulări de ieșire pentru diferite valori ale lui λ

Pentru a testa răspunsul controlerului s-au făcut simulări pentru diferite valori de intrare
ale temperaturii și iradierii solare prezentate în figura 4.5.

Fig. 4.5. Semnale de intrare

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 29 Răspunsul controlerului este reprezentat grafic în figura 4.6.

Fig. 4.6. MPPT cu variații ale intrărilor

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 30 Capitolul 5
5.1 Concluzii
În cadrul acestei Lucrări de diplomă s-a prezentat elaborarea unui criteriu de control al
punctului de maximă putere pentru panourile fotovoltaice. Acestă temă este de actualitate
deoarece se încercă diminuarea crizei energetice și a poluarii mediului iar resursele regenerabile
au dus la soluționarea acestor probleme prin folosirea sistemului fotovoltaic (PV).
În cadrul Capitolului 2 se prezintă o scurtă introducere care conține partea teoretică cu
privire la fenomenul de sisteme fotovolaice (PV), eficiența lor și urmărirea punctului maxim de
putere.Tot în cadrul acestui capitol se regăsesc noțiunile elementare ale programelor Matlab și
extensia ei Simulink.
În Capitolul 3 s-a realizat modelul la o celulă a panoului fotovoltaic cu ajutorul
programului Matlab și a extensie ei Simulink. S-au introdus constantele cu valorile lor și s-a
implementat geometria modelului dupa care am validat și am observat cum variaza puterea și
curentul în raport cu tensiunea de ieșire a panoului.
În continuare, în Capitolul 4 am introdus la panoul fotovoltaic existent un controler.Există
mai multe metode de urmărire a punctului maxim de putere. Una dintre cele mai utilizate metode
este Perturbe & Observe (P&O) care arată creșterea valorii unei variabile si apoi monitorizarea
puterii de ieșire. În cazul în care crește mai mult decât în pasul următor se încrementează din nou
și așa mai departe. Principala problemă cu acest tip de algoritm este că ieșirea este mereu
oscilantă în jurul valorii de MPP. În metoda folosită s-au efectuat mai multe simulări.
Controlerul are nevoie de un filtru de ordin n iar cea mai bună valoare a coeficientul filtrului λ
este de obicei ales după câteva simulări cu valori diferite

Studiile realizate în cadrul acestei Lucrări de licență pot duce la dezvoltarea unui control
avansat și un răspuns mai bun al regulatorului. Controlerul funcționează foarte bine în acest
sistem fotovoltaic urmărind punctul maxim de putere fără oscilații. Algoritmul propus are
avantajul unei împlementări mai ușoare la experimental și are stabilitate la puterea de ieșire.

ELABORAREA UNUI CRITERIU DE CONTROL AL PUNCTULUI DE MAXIMA PUTERE
PENTRU PANOURILE FOTOVOLTAICE

Pagina 31
BIBLIOGRAFIE

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaics
[2] Sabir Messalti, Abdelghani Harrag, Abdelhamid Loukriz Renewable and Sustainable Energy
Reviews
[3] https://ro.wikipedia.org/wiki/MATLAB
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Simulink
[5] Cosmin Darab, Αntoniu Turcu, Internal model control for MPPT of a Solar PV
System
[6] Cosmin Darab, Antoniu Turcu, S. Stefanescu, A. Botezan, Constantin Pica, Sorin Pavel,
Sarah Abdourraziq, Robust control of MPPT of a PV cell
[7] Krismadinataa , Nasrudin Abd. Rahima Hew Wooi Pinga , Jeyraj Selvaraja, Photovoltaic
module modeling using simulink/matlab