Modelado termoeléctrico y control difuso inverso de un panel solar

Abstract

In this thesis the thermoelectric modeling of a solar panel is developed, in which its thermal and electric physical structure is detailed. The physical conditions of the solar cells that make up the panel are used to formulate its model, and then together to formulate the entire panel. The differential equations of a solar cell are presented, and simulated through its representation in block diagrams. Once the model has been proposed, several simulation tests are carried out in Matlab®, in order to show their behavior. The system is simulated considering a constant irradiation and temperature, first, and after, an irradiation and variable temperature are considered. The results of the simulation of the cell and solar panel are presented and compared with the graphs provided by a solar panel manufacturer. Additionally, the shadow effect on a solar cell is exposed by means of a simulation. Once the simulation and verification of the proposed model has been carried out, the concept of systems inversion is applied, in order to develop an inverse diffuse IP control. This control is applied to the direct current to direct current converter, in order to control the output voltage, and thus have the complete structure of the solar panel. For the proposed control law, the fact of applying the integral action first (I) and then the proportional one (P), allows to reduce the over shoot in the transitory behavior of the system, in comparison with a PI control (proportional action first and then the integral). To develop and implement the proposed control law, Matlab®, tool boxes are used. The simulation and control results verify the correct functioning of the complete structure of the solar panel system.

En esta tesis se desarrolla el modelado termoeléctrico de un panel solar, en el cual se detallan la parte térmica y eléctrica de la celda. Las condiciones físicas de la celda solar que componen al panel son utilizadas para formular su modelo, y después en conjunto formular el panel solar completo. El modelo de la celda es planteado por sus ecuaciones diferenciales, y simulado por medio de su representación en diagramas a bloques. Una vez planteado el modelo, se realizan pruebas de simulación en Matlab®, considerando una irradiación y temperatura constante, y posteriormente se realizan considerando una irradiación y temperatura variable. Los resultados de la simulación de la celda y panel solar son presentados y comparados con las gráficas proporcionadas por un fabricante de paneles solares. Adicionalmente se expone el efecto de sombra sobre la celda solar por medio de una simulación. Una vez realizada la simulación y verificado el funcionamiento del modelo propuesto, se aplica el concepto de inversión de sistemas, para desarrollar un control IP difuso inverso aplicado al convertidor de corriente directa a corriente directa, para controlar el voltaje de salida, y así tener el modelo completo del panel solar y el convertidor. Para el controlador PI el error se multiplica y después se integra, y para la ley de control propuesta (IP) el error se integra, pero no se multiplica por la ganancia proporcional, permitiendo reducir el sombreimpulso en el comportamiento transitorio del sistema en comparación con el PI. Para desarrollar e implementar la ley de control propuesta, se utilizan las librerías de Matlab®. Los resultados de la simulación y control verifican el correcto funcionamiento del modelo completo del sistema.