Medición de la Curva I-V de Celdas y Módulos

Fotovoltaicos

José Ortega Cruz

CIE-UNAM

Introducción:

El principal problema en la medición del desempeño Fotovoltaico (Fv), surge del

hecho de que las Celdas Solares tienen una respuesta espectral altamente

selectiva y por lo tanto muy sensibles a la composición espectral de la radiación

incidente.

• En intemperie, estas varían considerablemente con la localidad, clima, época

del año y la hora del día.

• En laboratorio, estas dependen del tipo de simulador usado y la edad del equipo.

• A menos que los procedimientos de medición tengan en cuenta estas

variaciones y otras dificultades, tales como la dependencia de la temperatura de

operación de las Celdas Solares. Los resultados pueden ser altamente erróneos.

En la práctica, el desempeño de un módulo u otro dispositivo Fv, se determina por

la exposición a una temperatura conocida y una fuente de luz solar (Natural o

simulada) estable y medir la característica corriente-voltaje, al mismo tiempo que

se mide la irradiancia incidente con una celda de referencia.

Para fines de evaluación, la medición de la característica I-V es trasportada a las

siguientes condiciones estándar de medida (STC):

• Irradiancia global: 1000 W/m2.

• Temperatura del dispositivo: 25°C.

• Irradiancia espectral de referencia para una masa de aire de 1.5. (AM1.5).

Y a la potencia entregada por el módulo Fv a un voltaje nominal, bajo estas

condiciones, se le conoce como Potencia Pico.

En los últimos 30 años el comité Electrotécnico Internacional (IEC) ha desarrollado

una serie de Normatividad sobre todo para silicio Cristalino y recientemente para

tecnología de películas delgadas.

Diagrama esquemático del procedimiento de la

medición de la curva I-V

Estándares relevantes para la medición de potencia Fv

Fuentes de luz:

• IEC 60904-3: Fundamentos de medida de dispositivos solares Fv de uso terrestre

con datos de irradiancia espectral de referencia.

•IEC 60904-9: Requerimientos de desempeño del simulador solar.

Dispositivos de referencia:

•IEC 60904-2: Requerimientos de celdas solares de referencia.

•IEC 60904-4: Procedimiento para establecer la trazabilidad de calibración de

celdas de referencia.

Dispositivos de prueba y referencia:

•IEC 60904-5: Determinación de la temperatura de la celda equivalente de

dispositivos Fv por el método de voltaje a circuito abierto.

•IEC 609904-8: Medida de la respuesta espectral de un dispositivo fotovoltaico.

•IEC 60904-10: Métodos de medida de linealidad

Fuentes de luz y dispositivos Fvs.

•IEC 6904-7: Cálculo del error introducido por desacoplo espectral en las medidas

de un dispositivo Fv.

Como Medir la curva I-V:

•IEC 60904-1: Medida de la característica Corriente-Voltaje de los módulos

Fotovoltaicos.

Como trasladar la curva I-V:

•IEC 608891: Procedimiento de corrección con la temperatura y la irradiancia de la

característica I-V de dispositivos Fvs de silicio cristalino.

Distribución de la irradiancia espectral

Distribución de la irradiancia

espectral Total (directa + difusa):

1000 W/m2, AM 1.5, 37° Plano de

la superficie, un albedo 0.2.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

Irra

dia

ncia

esp

ectr

al (W

/m2 n

m-1)

Longitud de Onda (nm)

AM0 (1347 W/m2)

AM1.5 G Inc (1000 W/m2)

AM 1.5 D (900 W/m2)

Característica I-V

Punto A: Corriente de corto circuito ISC.

Punto B: Voltaje a circuito abierto VOC.

Punto C: Potencia Máxima.

ISC y VOC son obtenidas con 0.2 %

Requisitos generales de medida: (IEC 904-1)

• La irradiancia se medirá mediante un dispositivo de referencia calibrado.

•Este dispositivo de referencia tendrá, la misma respuesta espectral que el

dispositivo de prueba y será seleccionado y calibrado.

Las temperaturas del dispositivo de

referencia y del prueba serán medidos

con una precisión de 2°C.

La superficie activa será coplanar

dentro 5°, con la superficie del

dispositivo de referencia

La corriente y el voltaje serán medidos con una precisión de 0.5%,utilizando

conductores independientes en las terminales.

Medidas con luz solar:

Las medidas con luz solar se realizarán sólo cuando la irradiancia global no varé

mas de un 1% durante el transcurso de una medida. Cuando las medidas se

utilicen como referencia a las condiciones de ensayo normalizadas, la irradiancia

será superior a 800 W/m2.

Procedimiento:

•Colocar el dispositivo de referencia lo más cerca posible y coplanar con el

dispositivo de prueba. La normal de ambos debe de estar dentro de 10° de la

radiación directa.

•Registrar las mediciones corriente-voltaje, la temperatura del dispositivo de

prueba y registrar la irradiancia. Si es difícil controlar la temperatura, se puede

sombrear, para protegerlo de la luz solar y del viento, hasta que la temperatura se

estabilice con a la temperatura ambiente. Realizar las mediciones después de

quitar la sombra.

•Corregir la curva I-V a STC.

Medición con simulador solar continuo y pulsado:

•Colocar el dispositivo de referencia, e tal manera que su superficie activa esté 5°

de la normal del eje principal del haz luminoso.

•Ajustar el nivel de irradiancia en el plano de ensayo.

•Registrar la curva I-V.

•Corregir la curva I-V.

Procedimientos de Corrección: (IEC 608891):

La característica I-V medida será corregida a condiciones STC ó a otros valores de

temperatura e irradiancia siguiendo las siguientes ecuaciones:

12122!212

1212 1

TTTTKIIIRVV

TTI

IIII

S

MR

SRSC

Donde:

y son los coeficientes de temperatura.

K es el factor de curvatura.

Rs Resistencia serie.

T1, I1, V1 medidos.

T2, I2, V2 Corregidos.

Isc Corriente de corto circuito.

IMR Medida.

ISR Referencia.

Determinación de los coeficientes de temperatura:

•Los coeficientes de temperatura de voltaje() y corriente (), varían con el nivel de

irradiancia y en menor medida con la temperatura.

Procedimiento:

•Acoplar un sensor de temperatura al dispositivo de prueba.

•Colocar el dispositivo de prueba lo más cerca posible al sensor de irradiancia,

ambas coplanares.

•Medir la curva I-V a diferentes temperaturas.

Graficar los valores de ISC y VOC en función de la temperatura y ajustar una

curva por mínimos cuadrados.

El valor de cada pendiente corresponde al coeficiente de temperatura,

respectivamente.

Determinación de la resistencia serie:

•Trazar la curva I-V del dispositivo de prueba a temperatura ambiente y a dos

niveles de irradiancia distintos (las magnitudes no son necesarias). Durante las

mediciones, las temperaturas del dispositivo de prueba no variará más de 2°C.