Modelado y análisis de generación fotovoltaica con inclusión de almacenamiento de enrgía basado en baterías

Abstract

In this thesis, the implementation of a photovoltaic array with battery-based energy storage is presented, with the goal of analyzing the storage effect in the reduction of power intermittence. Models of the photovoltaic module and battery, based on equivalent circuits, are implemented. The single diode model is used for the photovoltaic module, which is then extended to represent any array configuration, and a basic Perturb and Observe algorithm is implemented to perform the maximum power point tracking. For the battery, the controlled voltage source model is used, which is capable of representing different types of battery. The implementation of these models is validated through the comparison of results with manufacturer data and Simulink models. The irradiance and temperature data necessary for the simulation of power generation of the photovoltaic array are obtained from a weather station installed in the Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, which includes measurements of an entire year. Two applications for the reduction of intermittence in the power generated by the photovoltaic array were implemented: power smoothing and ramp rate control. For the power smoothing procedure, a smoothed power must be generated, to act as reference for the battery. For this purpose, the Savitzky-Golay filter and the moving mean algorithm were used. For the ramp rate control process, a routine which limits the power variations according to a specified percentage of the nominal power of the photovoltaic array was implemented. Study cases of the mentioned applications for power intermittence reduction are presented.

En esta tesis se presenta la implementación de un arreglo fotovoltaico con inclusión de almacenamiento de energía basado en baterías, con la finalidad de analizar el efecto del almacenamiento en la disminución de la intermitencia de la potencia generada por el arreglo fotovoltaico. Para ello, se implementan modelos basados en circuitos equivalentes del panel fotovoltaico y la batería. Para el panel, se elige el modelo de un diodo, que se extiende para representar cualquier configuración de arreglo, y se implementa el algoritmo Perturbar y Observar básico para efectuar el rastreo del punto de máxima potencia. Para la batería, se elige el modelo de fuente de voltaje controlada, que es capaz de representar distintos tipos de batería. La implementación de los modelos se valida mediante la comparación de resultados con datos del fabricante así como modelos de la plataforma Simulink. Los datos de irradiancia y temperatura necesarios para la simulación de potencia del arreglo fotovoltaico se obtienen de una estación meteorológica instalada en la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, que incluye lecturas de todo un año. Se implementaron dos aplicaciones para la mitigación de intermitencia en la potencia generada por el arreglo fotovoltaico: suavizado de potencia y control de rampas de potencia. Para el suavizado, se requiere obtener una potencia suavizada que servirá de referencia para la batería. Para este propósito se utilizó el filtro de Savitzky-Golay y el algoritmo de media móvil. En el control de rampas, se implementó una rutina que limita las variaciones de potencia según un porcentaje de la potencia nominal del arreglo fotovoltaico especificado. Se presentan casos de estudio de las aplicaciones implementadas para la disminución de la intermitencia.