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UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA CENTRO POLITÉCNICO SUPERIOR TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO PROYECTO FIN DE CARRERA MEASURING ACTUAL OPERATING CONDITIONS OF A PHOTOVOLTAIC GENERATOR Autor: TORRES LOBERA, Diego Director: Prof. VALKEALAHTI, Seppo Ponente: DOMÍNGUEZ NAVARRO, José Antonio Department of Electrical Energy Engineering Tampere University of Technology Ingeniería Industrial Especialidad de Sistemas Eléctricos Curso Académico 2010–2011 DICIEMBRE 2010 II III A mis padres y mi hermano, IV MEASURING ACTUAL OPERATING CONDITIONS OF A PHOTOVOLTAIC GENERATOR TORRES LOBERA, Diego Proyecto Fin de Carrera Curso 2010-2011 ABSTRACT Los módulos fotovoltaicos (FV) están compuestos por células conectadas, normalmente, en serie que transforman la energía solar (directa y difusa) en energía eléctrica. Varios factores afectan a la potencia generada por estos dispositivos, como la temperatura de operación, la radiación solar incidente y la distribución espectral de la misma. Si bien, el resto de variables atmosféricas que influyen sobre la temperatura de los módulos, como la temperatura ambiente, humedad relativa y velocidad y dirección del viento, deben ser asimismo estudiadas. En este Proyecto Fin de Carrera se ha diseñado un sistema state-of-the-art de medición de las condiciones atmosféricas y de operación de la planta de generación solar fotovoltaica de la TUT. El sistema está compuesto por una estación meteorológica automática de precisión, en paralelo con una extensa malla de sensores, de radiación solar y de temperatura de los módulos, localizados a lo largo de toda la instalación fotovoltaica. En primer lugar, se han estudiado los instrumentos de medición necesarios, junto con diferentes arquitecturas de sistema para realizar la adquisición de datos con el fin de comprender las técnicas de medición y las posibles soluciones para el problema. Por otro lado, ha sido necesario realizar un estudio de mercado para seleccionar los sensores y dispositivos que más se ajustasen al sistema deseado. Por otra parte, en este PFC se ha implementado un modelo térmico de los módulos fotovoltaicos en Matlab TM Simulink para analizar la influencia de las variables meteorológicas sobre las condiciones de operación y el rendimiento de los módulos y strings FV. Las simulaciones muestran una clara dependencia de la temperatura de operación sobre la temperatura ambiente, velocidad del viento y condiciones de irradiancia. Con respecto a la potencia generada y a la eficiencia de los strings, incrementos en la temperatura ambiente y velocidad del viento provocan un efecto negativo y positivo respectivamente. Las medidas de temperatura de los módulos e irradiancia recibida por éstos muestran la aparición de un retraso entre ambas curvas debido a la inercia térmica de los módulos. Este fenómeno no se ha considerado en el modelo térmico, el cual aproxima la temperatura de operación en estado estacionario, por lo que se producen errores entre las medidas y las simulaciones de temperatura de los módulos, al igual que en el caso V del rendimiento de los strings fotovoltaicos. Si bien, los resultados obtenidos confirman el correcto comportamiento del modelo térmico y los sistemas de medida utilizados. Este Proyecto Fin de Carrera se ha realizado en el Department of Electrical Energy Engineering de la Tampere University of Technology y su supervisor principal ha sido el Prof. Seppo Valkealahti. VI AGRADECIMIENTOS En primer lugar quiero mostrar mi agradecimiento al Prof. Seppo Valkealahti, el supervisor principal de este proyecto en la Tampere University of Technology, por su continua colaboración e interés mostrado. También quiero agradecer al Dr. Tommi Keikko y a Ansi Mäki su ayuda, ya que sin ella este proyecto no se habría logrado. Asimismo, quiero destacar a mis colegas del Department of Electrical Energy Engineering, quienes me han hecho sentir como en casa pese a las dificultades derivadas del idioma y las culturales. Indudablemente, quiero dar las gracias a José Antonio Domínguez Navarro por haber aceptado ser mi ponente y por su ayuda a pesar del corto tiempo ante la fecha límite de entrega. Querría poder agradecer a todos los compañeros y amigos que me han acompañado durante esta etapa, ya fuera a 500 ó 3000 Km de distancia, sobre todo a los Pep y compañía, a mis compañeros de piso de Zaragoza, Albert, Nuria y Jose, junto con Marta y Sara (que es como si lo fueran), a Rubén, por apoyarme cuando me hacía falta, a Tania, por tu soporte lingüístico, a Daniela, y a toda la buena gente que he conocido en Tampere empezando por Modesto, Imanol, Adèle, Javi, Jenni, Andreas, Quique, etc. Como digo, me gustaría nombraros a todos pero necesitaría varias páginas para hacerlo. Por último, me gustaría agradecer a mi familia en general por preocuparse de mi estancia en Tampere. Y, especialmente, nombrar a mis padres y a mi hermano, a quienes estoy muy agradecido por el sacrificio que ha supuesto el permitirme estudiar en el extranjero, por animarme en momentos duros y apoyarme en cada decisión tomada durante estos últimos años. Gracias a todos, thank you, kiitos! Zaragoza, Diciembre 2010 Diego Torres Lobera [email protected] VII INDICE GENERAL 1. Introducción ..............................................................................................................1 2. Sensibilidad atmosférica en generadores fotovoltaicos ............................................4 2.1. Introducción ......................................................................................................4 2.2. Modelado de un generador fotovoltaico ...........................................................4 2.2.1. Modelo de un generador fotovoltaico en MATLAB TM Simulink.....4 2.2.2. Modelo MATLAB TM Simulink de la temperatura de operación de los módulos fotovoltaicos .................................................................................6 2.3. Efecto de las variables atmosféricas sobre la temperatura de operación de módulos fotovoltaicos...............................................................................................9 2.4. Efecto de las variables atmosféricas sobre la eficiencia de módulos fotovoltaicos............................................................................................................11 3. Sistema de medición atmosférica de la TUT ..........................................................16 3.1. Introducción ....................................................................................................16 3.2. Planta de generación de energía solar fotovoltaica de la TUT........................17 3.3. Diseño del sistema de medición atmosférica ..................................................18 3.3.1. Consideraciones del sistema ...........................................................18 3.3.2. Estación meteorológica automática.................................................19 3.3.3. Sistema de monitorización de condiciones de operación................21 3.4. Estación meteorológica automática.................................................................22 3.5. Sistema de monitorización de las condiciones de operación ..........................25 3.6. Sistema de adquisición de datos......................................................................27 3.7. Presupuesto .....................................................................................................28 4. Testeo de los sensores y módulos Fotovoltaicos ....................................................30 4.1. Introducción ....................................................................................................30 4.2. Medición de las condiciones de operación......................................................32 4.3. Medidas de potencia y rendimiento de los strings ..........................................35 5. Conclusiones...........................................................................................................38 Referencias......................................................................................................................41 Anexo A..........................................................................................................................44 VIII NOTACIÓN Y GLOSARIO DE SIGLAS Notación A Área G Irradiancia G T Irradiancia recibida por los módulos G NOCT Irradiancia en condiciones NOCT I Corriente I SC Corriente de cortocircuito P Potencia P M Potencia máxima T Temperatura T a Temperatura ambiente T a, NOCT Temperatura ambiente en condiciones NOCT T MOD Temperatura de los módulos T NOCT Temperatura NOCT T ref Temperatura de referencia v w Velocidad del viento local V Voltaje V OC Voltaje de circuito abierto α Absorción solar de la capa FV β ref Coeficiente de corrección de eficiencia por temperatura en los módulos τ Transmitancia del cristal ω Coeficiente de montaje de los módulos λ Longitud de onda de un fotón Glosario de siglas AEMET Agencia Estatal de Meteorología AC Corriente alterna CPU Unidad de proceso central DAQ Adquisición de datos DC Corriente directa EM Estación meteorológica EMA Estación meteorológica automática FV Fotovoltaico NI National Instruments NOC Normal operating conditions IX NOCT Normal operating conditions temperature PC Personal computer RTD Electrical resistance thermometer STC Standard test conditions TUT Tampere University of Technology WMO World Meteorological Organization 2. SENSIBILIDAD ATMOSFÉRICA EN GENERADORES FOTOVOLTAICOS 7 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator conversión y montaje se puede reducir la Ecuación 2.1 a la siguiente ecuación semi empírica , 67.0 0.291.8 32.0 T w ac G v TT             + += ω (2.2) donde ω es el coeficiente de montaje y v w es la velocidad de viento local en m/s. En el caso que nos ocupa, el sistema instalado en el tejado del departamento ha sido montado como “free standing” sobre un tejado plano, por lo que el coeficiente de montaje es 1. La Figura 2.3 muestra el diagrama de bloques de Simulink del modelo térmico basado en la Ecuación 2.2 con ω=1. Para más detalle sobre el tratamiento matemático de la Ecuación 2.1 consultar la Sección 4.2.2 del Anexo A. 1 Module Temperature 2 const4 0.67 const3 8.91 const2 0.32 const1 Product2 Product1 Divide1 Divide Add1 Add 3 Wind Speed 2 Irradiance 1 Amb Temperature Figura 2.3. Diagrama de bloques Simulink del modelo térmico de los módulos FV. Los efectos de las variables atmosféricas sobre la temperatura de operación se muestran en las Figuras 2.4 y 2.5. Los datos registrados se han obtenido de un sistema de medida del Departament of Electronics, el cual se encuentra en el tejado del departamento y esta compuesto por un módulo FV de silicio policristalino de 125 W. Se ha monitorizado la temperatura del módulo, así como varias variables atmosféricas como temperatura ambiental, irradiancia y velocidad de viento. El set de datos utilizado para este análisis se adquirió el 1 de junio de 2008, registrando datos cada 20 segundos. En la Figura 2.4 se muestran el nivel de irradiancia, la temperatura ambiental y la temperatura de operación del módulo calculada. Se puede apreciar como los picos de la temperatura del módulo coinciden con los valores máximos de irradiancia. Las señales monitorizadas de velocidad de viento y temperatura de operación, junto con la temperatura calculada, se muestran en la Figura 2.5. En ella, se puede comprobar 2. SENSIBILIDAD ATMOSFÉRICA EN GENERADORES FOTOVOLTAICOS 8 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator el correcto funcionamiento de la aproximación utilizada para calcular la temperatura de operación del módulo ya que el error producido es de, aproximadamente, 3 ºC. [21] Es remarcable que el modelo térmico presenta un mejor comportamiento con valores de velocidad de viento superiores a 3 m/s. Para condiciones de viento inferiores, el error entre la temperatura calculada y medida se incrementa algunos grados. Esto se debe al hecho de que la aproximación propuesta en [21] ignora la convección libre, la cual baja es para altas velocidades de viento; así como la radiación del módulo, que es relevante para bajas velocidades de viento. 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 0 200 400 600 800 1000 1200 Irradiance (W/m2) 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Time (h) Temperature (ºC) Module temperature Ambient temperature Irradiance Figura 2.4. Efecto de la irradiancia y temperatura ambiental sobre la temperatura del modulo calculada. 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 1 2 3 4 5 6 7 Wind speed (m/s) 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Time (h) Temperature (ºC) Module temperature Mesured temperature Wind speed Figura 2.5. Comparación entre la temperatura del módulo calculada mediante el modelo térmico, la temperatura medida y la velocidad del viento. 2. SENSIBILIDAD ATMOSFÉRICA EN GENERADORES FOTOVOLTAICOS 9 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator Por último, la inserción del modelo térmico en el modelo del generador FV se muestra en la Figura 2.6 Wind Speed WS To Workspace4 Tmod To Workspace3 Pout To Workspace2 Iout To Workspace1 Uout To Workspace 1000 Solar Radiation Product2 Solar radiation Module temperature PV string current PV string voltage PV string of 17 NAPS190GKq modules Amb Temperature Irradiance Wind Speed Module Temperature Module Temperature System 2 273.15 Kelvin Current 25 Amb Temperature Add Figura 2.6. Modelo Simulink del generador FV incluyendo el modelo térmico de los módulos FV. 2.3. Efecto de las variables atmosféricas sobre la temperatura de operación de módulos fotovoltaicos Cambios producidos en las condiciones de funcionamiento afectan significativamente a los generadores fotovoltaicos. [12] A continuación, dicho efecto se estudia mediante simulaciones realizadas utilizando el modelo térmico descrito en la sección anterior. El objeto de este set de simulaciones es conocer los límites que alcanza la temperatura de los módulos para valores típicos de temperatura ambiental, irradiancia y velocidad del viento en Finlandia. Por otro lado, se estudia el efecto de las variables atmosféricas sobre el comportamiento de los módulos fotovoltaicos analizando las características eléctricas del modelo de generador FV. Para ello se grafican las curvas I-V y P-V y se calculan la potencia generada y la eficiencia del sistema para tres casos diferentes. Los resultados de las simulaciones orientadas a evaluar el efecto de las variables atmosféricas sobre la temperatura de operación de los módulos se muestran en forma de gráficas en las Figuras 2.7 a 2.9. El efecto producido por una variación de la temperatura ambiente (Figura 2.7) resulta directamente proporcional a dicha variación como podía extraerse de la Ecuación 2.6. Así, la diferencia entre las temperaturas de operación y ambiente es siempre positiva y depende de las condiciones de viento e irradiancia. La temperatura ambiente se ha variado desde -5 ºC hasta +15 ºC, valores muy habituales en Finlandia durante la mayor parte del año. Para estudiar el efecto de la variación de velocidad de viento sobre la temperatura de operación se proponen dos simulaciones diferentes. La primera consiste en fijar la temperatura ambiente en 5 ºC y simular con valores de irradiancia de 400 W/m 2 , 600 W/m 2 y 800 W/m 2 . A continuación, se fija el nivel de irradiancia a 600 W/m 2 y se varía la temperatura ambiente a valores de -5 ºC, 5 ºC y 15 ºC. Por otro lado, el rango de 2. SENSIBILIDAD ATMOSFÉRICA EN GENERADORES FOTOVOLTAICOS 10 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator variación de velocidad es de 1 m/s a 12 m/s para todos los casos. Los resultados se muestran en la Figura 2.8. -5 0 5 10 15 15 20 25 30 35 40 Ambient Temperature (ºC) Module Temperature (ºC) Figura 2.7. Simulación del efecto de la variación de temperatura ambiente sobre la temperatura de operación del módulo FV para valores fijos de velocidad de viento 1 m/s e irradiancia de 800 W/m 2 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Wind Speed (m/s) Module temperature (ºC) G = 400 W/m2 G = 600 W/m2 G = 800 W/m2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 Wind Speed (m/s) Module temperature (ºC) T = -5 ºC T = 5 ºC T = 15 ºC Figura 2.8. Simulación del efecto de la variación de velocidad de viento sobre la temperatura de operación para los valores de irradiancia y temperatura ambiente dados. Como resulta predecible, variaciones de la velocidad de viento son inversamente proporcionales a la variación producida en la temperatura de operación. Esto se debe a que un aumento de la velocidad del viento incrementa los procesos de convección en los módulos. Al estudiar la influencia de la velocidad del viento y temperatura ambiente las curvas de T MOD son paralelas y con la misma diferencia entre ellas que la dada entre los valores de temperatura ambiente. Sin embargo, respecto a la influencia de la velocidad del viento y radiación solar, ésta es mayor para elevados niveles de irradiancia. A 400 W/m 2 , la variación de temperatura de operación es aproximadamente 8 ºC en el 2. SENSIBILIDAD ATMOSFÉRICA EN GENERADORES FOTOVOLTAICOS 11 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator rango de 1 a 11 m/s; mientras que para 800 W/m 2 , la variación de temperatura es de 16 ºC. El efecto producido por la variación en la irradiancia recibida por el módulo fotovoltaico se muestra en la Figura 2.9. Al igual que en el caso anterior, se han realizado dos simulaciones: por un lado, la temperatura ambiente está fijada en 5 ºC mientras que por otro lado, la velocidad de viento está fijada en 3 m/s. La primera simulación estudia la influencia de la irradiancia y velocidad de viento para valores de 3 m/s, 6 m/s y 9 m/s, mientras que la segunda estudia la influencia de la irradiancia combinada con la temperatura ambiente. Para ambos casos los valores de irradiancia se encuentran entre 200 W/m 2 y 1200 W/m 2 . 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 5 10 15 20 25 30 Irradiance (W/m2) Module temperature (ºC) WS = 9 m/s WS = 6 m/s WS = 3 m/s 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Irradiance (W/m2) Module temperature (ºC) T = -5 ºC T = 5 ºC T = 15 ºC Figura 2.9. Simulación del efecto de variar la irradiancia sobre la temperatura de operación para los valores de velocidad de viento y temperatura ambiente dados. La variación en la temperatura de operación es directamente proporcional a la variación de irradiancia debido al efecto de transferencia por radiación que se produce en el panel FV. Sin embargo, se puede apreciar como la temperatura de operación disminuye con el incremento de velocidad de viento. Las diferencias en la temperatura de operación alcanzan valores de 16 ºC en una variación de 1000 W/m 2 (200 – 1200 W/m 2 ) para velocidad de viento baja (3 m/s). Por otro lado, como en los casos anteriores, al fijar la velocidad de viento y la irradiancia variar igual en los tres casos, las diferencias entre las temperaturas de operación y ambiente permanecen constantes. 2.4. Efecto de las variables atmosféricas sobre la eficiencia de módulos fotovoltaicos Para estudiar el efecto producido por las variables atmosféricas sobre el funcionamiento de un string compuesto por 17 módulos fotovoltaicos se han analizado tres casos diferentes. Estos casos “representativos” se han seleccionado para reproducir tres 2. SENSIBILIDAD ATMOSFÉRICA EN GENERADORES FOTOVOLTAICOS 12 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator posibles condiciones atmosféricas habituales en Finlandia. La Tabla 2.1 muestra los valores de las variables meteorológicas para cada caso de estudio. Sin embargo, se debe comentar que, dada la variabilidad del clima finlandés, resulta complicado determinar las condiciones atmosféricas más comunes de cada estación del año. De esta forma, se trata sólo de posibles condiciones que pueden darse durante dichas estaciones. Tabla 2.1. Valores de las variables atmosféricas utilizadas para simular el funcionamiento de un string compuesto por 17 paneles fotovoltaicos. Condiciones de “Invierno” (Winter): Temperatura ambiente -5 ºC Irradiancia 300 W/m 2 Velocidad de viento 9 m/s Condiciones de “Primavera” (Spring): Temperatura ambiente +5 ºC Irradiancia 600 W/m 2 Velocidad de viento 6 m/s Condiciones de “Verano” (Summer): Temperatura ambiente +15 ºC Irradiancia 900 W/m 2 Velocidad de viento 3 m/s Los resultados de funcionamiento obtenidos bajo las condiciones atmosféricas especificadas en la Tabla 2.1 se muestran en la Figura 2.10. Asimismo, la temperatura de operación de los módulos, la máxima potencia generada y la eficiencia del sistema se han calculado para cada caso y se muestran en la Tabla 2.2. La cual también incluye las características eléctricas de funcionamiento del string V OC e I SC . La eficiencia de los módulos se calcula como , AG P M = η (2.3) donde P M es la máxima potencia generada y A el área de los módulos. Y su valor es de 22.84 m 2 para strings de 17 módulos FV NP195GKg. [15] La Figura 2.10 ilustra con claridad el efecto de las variables atmosféricas sobre los parámetros eléctricos de funcionamiento. Por un lado, la irradiancia es aproximadamente proporcional a la corriente de cortocircuito, por lo que I SC incrementa de acuerdo con el incremento de irradiancia en los casos simulados. Por otro lado, la tensión en circuito abierto se ve afectado por la temperatura de operación, disminuyendo con el aumento de la última. 2. SENSIBILIDAD ATMOSFÉRICA EN GENERADORES FOTOVOLTAICOS 13 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator 0 100 200 300 400 500 600 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Voltage (V) Current (A) Winter Spring Summer 0 100 200 300 400 500 600 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Voltage (V) Power (W) Winter Spring Summer Figura 2.10. Curvas características de I-V y P-V del string de 17 paneles FT bajo condiciones de “invierno”, “primavera” y “verano”. De acuerdo con la Tabla 2.2, la potencia generada parece incrementar proporcionalmente a la irradiancia recibida por el string fotovoltaico. Sin embargo, la temperatura de operación presenta un efecto negativo sobre la potencia generada. Por otro lado, la eficiencia del sistema FV se ve menos afectada por la irradiancia. Por ello, esta eficiencia permite una mejor comparación del efecto global de las variables atmosféricas sobre el sistema. Puede decirse que, aproximadamente, los sistemas fotovoltaicos presentan una mayor eficiencia en condiciones de no máxima irradiancia. Esto se debe a la gran influencia de la irradiancia sobre la temperatura de operación y, el consecuente efecto negativo, de ésta última sobre la eficiencia del sistema. 2. SENSIBILIDAD ATMOSFÉRICA EN GENERADORES FOTOVOLTAICOS 14 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator Tabla 2.2. Valores de I SC , V OC , temperatura de operación de los módulos, potencia máxima generada y eficiencia del sistema FV obtenidos en la simulación de funcionamiento del string. Condiciones de “Invierno” (Winter): Condiciones de “Verano” (Summer): I SC 2.37 A I SC 7.24 A V OC 585.20 V V OC 546.4 V T MOD -2.32 ºC T MOD 31.12 ºC P M 1010 W P M 2820 W η 14.73 % η 13.72 % Condiciones de “Primavera” (Spring): I SC 4.78 A V OC 574.30 V T MOD 12.16 ºC P M 2030 W η 14.81 % A raíz de los resultados obtenidos, resulta interesante realizar una nueva simulación para estudiar con mayor detalle los efectos de las variables atmosféricas sobre la potencia generada y la eficiencia del sistema. Para ello, el efecto de cada variable meteorológica se estudia de forma independiente y la potencia generada y la eficiencia del sistema se muestran en gráficos en la Figura 2.11. Los valores de referencia para la temperatura ambiente, velocidad de viento e irradiancia son 5 ºC, 6 m/s y 600 W/m 2 respectivamente. En cada caso de estudio se han utilizado los siguientes rangos para las variables atmosféricas: temperatura de -5 a +15 ºC, velocidad de viento de 1 a 12 m/s e irradiancia de 200 a 1200 W/m 2 . El incremento de temperatura ambiente predeciblemente influencia de forma negativa la potencia generada y la eficiencia del sistema siendo inversamente proporcional ambos. Por otro lado, ambos parámetros se incrementan de acuerdo con la velocidad del viento. Estos comportamientos eran bastante predecibles ya que la temperatura de operación depende de dichas variables atmosféricas y, en consecuencia, afectan a la eficiencia del sistema y la potencia generada. El efecto de la irradiancia sobre la eficiencia del sistema y la potencia generada es algo más complejo de analizar. La potencia es directamente proporcional a la irradiancia recibida por los módulos fotovoltaicos. La eficiencia del sistema, sin embargo, presenta valores máximos para niveles medios de irradiancia debido al efecto de ésta sobre la temperatura de operación y la potencia generada. Por un lado, al incrementar la irradiancia, la temperatura de operación de los módulos se incrementa también, lo cual provoca un efecto negativo en la eficiencia. Pero, por otro lado, al ser la potencia generada proporcional a la irradiancia, esto lleva a un incremento de la eficiencia del sistema. En conclusión, un acuerdo entre la potencia generada y temperatura de 2. SENSIBILIDAD ATMOSFÉRICA EN GENERADORES FOTOVOLTAICOS 15 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator operación se produce para valores de irradiancia alrededor de 600 – 800 W/m 2 , obteniéndose en este rango los mayores valores de eficiencia del sistema. -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 14 14.2 14.4 14.6 14.8 15 15.2 15.4 15.6 15.8 16 Ambient temperature (ºC) Efficiency (%) -5 0 5 10 15 1800 2000 2200 Power (W) Generated power System efficiency 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14.5 14.7 14.9 15.1 15.3 15.5 Wind speed (m/s) Efficiency (%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1900 2000 2100 Power (W) Generated power System efficiency 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 13.8 14 14.2 14.4 14.6 14.8 15 15.2 15.4 Irradiance (W/m2) Efficiency (%) 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Power (W) Generated power System efficiency Figura 2.11. Potencia máxima generada y eficiencia del sistema en función de las variables atmosféricas influyentes en el funcionamiento del string de 17 paneles FV. 16 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator 3. SISTEMA DE MEDICIÓN ATMOSFÉRICA DE LA TUT 3.1. Introducción El objeto de este capítulo es describir el proceso de diseño del sistema de medición atmosférica de la TUT y presentar su diseño definitivo. Este sistema está ideado para satisfacer varios propósitos Por un lado, se requiere un preciso registro de las condiciones atmosféricas que afectan a los módulos fotovoltaicos, especialmente, atendiendo a las condiciones de radiación solar global, directa y difusa. Por otro lado, resulta esencial ser capaces de medir las condiciones de operación de los módulos y strings FV. El primer requisito se ha establecido con varios objetivos, como obtener las condiciones atmosféricas de la planta, generar bases de datos anuales con información meteorológica, publicar las condiciones actuales en la página Web del departamento o conocer los valores medios de radiación recibida por los sistemas para estudios de rendimiento de generación. El segundo, se ha previsto con el fin de caracterizar, calibrar y testear los sistemas fotovoltaicos bajo condiciones reales de operación, así como equipos electrónicos relacionados con ellos, como inversores e interfaces. Este capítulo está organizado como se describe a continuación. La Sección 3.2 describe las principales características de la instalación fotovoltaica de la TUT. En la Sección 3.3 se exponen las consideraciones previas del sistema y se detalla el proceso de diseño, recopilando las referencias bibliográficas utilizadas para cada sistema y describiendo el estudio de mercado realizado. A continuación, se detallan los componentes y accesorios seleccionados para el sistema a lo largo de las Secciones 3.4, 3.5 y 3.6. Finalmente, la Sección 7, presenta el presupuesto del sistema de medición atmosférica de la TUT. Este capítulo se corresponde con el Capítulo 5 del Anexo A. Sin embargo, se recomienda leer previamente el Capítulo 3 de dicho anexo. Éste, recopila la información sobe las características y requisitos que deben cumplir los sensores a utilizar, así como las métodos de medición de cada variable atmosférica y las diferentes posibles arquitecturas del sistema de adquisición de datos. 3. SISTEMA DE MEDICIÓN ATMOSFÉRICA DE LA TUT 23 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator Figura 3.2. Esquema de la estación meteorológica diseñada que incluye sensores de temperatura ambiente, humedad, velocidad y dirección de viento y radiación solar global y difusa. El sensor utilizado para medir la temperatura ambiente y humedad relativa es el HMP155 calibrado. Compuesto por un sensor de humedad que requiere calentamiento, se va a utilizar una sonda extra de temperatura. Para proteger ambas sondas se utilizan los protectores de radiación DTR503 y DTR502, los cuales se muestran en la Figura 3.3. Por ultimo, una fuente de alimentación es necesaria para el sistema de calentamiento. Figura 3.3. Sensor HMP155 con la sonda extra de temperatura y protectores DTR503 y DTR502 unidos al poste durante el proceso de montaje. El sensor ultrasónico WS425 es la opción elegida para medir la velocidad y dirección del viento. Este sensor digital requiere un interfaz extra para generar una señal analógica y dos fuentes de alimentación diferentes: una para su funcionamiento y otra para el sistema de calentamiento para preveer la acumulación de nieve cerca de los 3. SISTEMA DE MEDICIÓN ATMOSFÉRICA DE LA TUT 24 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator emisores y receptores. La Figura 3.4 muestra el sensor WS425 durante el proceso de montaje. Figura 3.4. Sensor ultrasónico WS425 durante el proceso de montaje. Respecto a los sensores de radiación, como se ha explicado en la Sección 3.3.2, se utilizan piranómetros CMP22 y CMP21. Estos sensores necesitan unidades de ventilación CV3 para operar correctamente bajo las condiciones ambientales dadas. La Figura 3.5 muestra el piranómetro CMP22 y una unidad CV3 durante el proceso de montaje. Los piranómetros son instrumentos pasivos, pero las unidades sí requieren fuentes de alimentación. Respecto al montaje de los sensores, el CMP22 necesita un soporte mientras el CMP21 irá montado sobre el “shadowing ring” CM121C como se muestra en la Figura 3.6. Figura 3.5. Piranómetro Kipp&Zonen’s CMP22 montado bajo la cubierta de la unidad CV3. Base de la unidad de ventilación CV3 durante el proceso de montaje. El “shadowing ring” mantiene al piranómetro bajo su sombra durante todo el día, evitando que la radiación solar directa alcance el sensor, con lo que se consigue que éste sólo mida la radiación solar difusa. Resulta necesario un ajuste manual periódico de las 3. SISTEMA DE MEDICIÓN ATMOSFÉRICA DE LA TUT 25 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator barras que fijan la posición del anillo. Por otro lado, el anillo intercepta también una pequeña porción de radiación difusa, por lo que los datos requieren una corrección proporcionada por una tabla. Figura 3.6. Piranómetro CMP21 montado sobre el CM121C con la unidad CV3 durante el proceso de montaje. La idea inicial fue montar todos los sensores, exceptuando el piranómetro montado sobre el “shadow ring”, en un poste vertical como se muestra en el esquema de la Figura 3.1. Sin embargo, tras debatir el tema con los técnicos de laboratorio, se ha decidido utilizar dos postes de menor altura. Un poste soportará los sensores de temperatura y humedad junto con sus respectivos protectores y el otro, el piranómetro CMP22 y el sensor ultrasónico (éste se montará en el punto superior del mástil). 3.5. Sistema de monitorización de las condiciones de operación Para la malla de medidas de radiación solar y temperatura de operación ubicadas a lo largo de toda la instalación fotovoltaica, se han optado por utilizar piranómetros SP Lite 2 de la firma Kipp&Zonen y sensores de temperatura tipo RTD Pt-100. Los piranómetros SP Lite 2 son sensores pasivos que no requieren alimentación o cualquier otra instrumentación adicional. Proporcionan una señal analógica que puede conectarse directamente al sistema de adquisición de datos. Estos sensores se montarán con la misma inclinación que los módulos de forma que proporcionen el valor de irradiancia recibido por estos últimos. Un par de sensores se montarán al inicio y final de los strings de forma que sea posible extraer las condiciones de iluminación de los strings. National Instruments es el proveedor seleccionado para los sensores de temperatura Pt-100 y se va a utilizar una conexión de 3 cables para incrementar la precisión de las 3. SISTEMA DE MEDICIÓN ATMOSFÉRICA DE LA TUT 26 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator medidas y reducir el ruido. Los sensores de adherirán a la parte trasera de los módulos para obtener la temperatura más próxima posible a las células FV. Se instalará una Pt- 100 en los módulos próximos a un fotodiodo para obtener pares de medidas de irradiancia y temperatura de operación. El espacio disponible en el tejado del departamento es limitado, además de contener varios obstáculos para la radiación solar, por lo que los strings se encuentran divididos como puede comprobarse en la Figura 3.1. Por ello, son necesarios más de dos pares de sensores de irradiancia y temperatura (I-T) por string. Para conseguir conocer las condiciones de operación de todos los módulos es necesario ubicar un par I-T en cada inicio y fin de los grupos de paneles. En total, son necesarios 17 pares I-T y forman el Sistema de Irradiancia-Temperatura. Sin embargo, quedan 4 módulos que han sido diseñados para operar aislados (los módulos “Extra”) y su propósito es el de servir como prototipos y testear a baja tensión, seguros para el personal. Se ha decidido instalar un par I-T por cada módulo: el Sistema de Módulos Extra. En total se han encargado 21 sensores SP Lite 2 y Pt-100 a los proveedores comentados. La Figura 3.7 muestra un esquema con la disposición de los 21 pares I-T a lo largo de la instalación fotovoltaica de la TUT. String 1 (17 panels) String 2 (17 panels) String 3 (17 panels) Strings 5 & 6 (6 + 6 panels) Strings 4 (6 panels) Photodiode Solar Sensors Pt-100 RDTs Weather Station Extra Modules System TEMPERATURE - IRRADIANCE SYSTEM EXTRA MODULES SYSTEM String 1 (17 panels) String 2 (17 panels) String 3 (17 panels) Strings 5 & 6 (6 + 6 panels) Strings 4 (6 panels) Photodiode Solar Sensors Pt-100 RDTs Weather Station Extra Modules System TEMPERATURE - IRRADIANCE SYSTEM EXTRA MODULES SYSTEM Figura 3.7. Esquema de la disposición de los sensores SP Lite 2 y Pt-100 en la instalación fotovoltaica de la TUT. 3. SISTEMA DE MEDICIÓN ATMOSFÉRICA DE LA TUT 27 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator 3.6. Sistema de adquisición de datos Tras estudiar diferentes posibles arquitecturas para el sistema de adquisición de datos, como se detalla en la Sección 3.7 del Anexo A, se ha optado por un sistema que adquiera y digitalice los datos provenientes de los sensores y los transmita a un PC, de acuerdo con esquema de la Figura 3.8. Debido al acuerdo ya comentado entre la TUT y National Instruments y al hecho de que la Universidad ya dispone de la licencia del software Labview, se ha decidido utilizar sistemas de adquisición de datos de esta firma. NI ofrece una gran variedad de buses de conexión entre las tarjetas DAQ y el PC como USB, PCI, PCI Expres, PXI, wireless o Ethernet. [19] De acuerdo con las necesidades de muestro para variables atmosféricas, se propuso una primera aproximación utilizando CompactDAQs y varios módulos E/S intercambiables conectados al PC por USB. Esta solución se ajusta bastante a las necesidades, permitiendo seleccionar los módulos E/S idóneos para las señales de los sensores, resulta muy flexible y económica. Sin embargo, tras presentar el sistema de medición diseñado y tratar el tema con el manager de ventas de NI, se llegó a una mejor solución utilizando una conexión Ethernet entre las tarjetas DAQ y el PC. Para ello, se requieren los sistemas CompactRio que permiten seguir utilizando las mismas tarjetas DAQ, pero se conectas mediante Ethernet en lugar de USB. Figura 3.8. Esquema del sistema de medición de la TUT. Por lo tanto, se va ha utilizar un sistema maestro-esclavo para adquirir y transmitir las señales proporcionadas por los sensores. Ambas unidades RIO adquieren y la unidad esclava transmite los datos ya digitalizados al maestro, que los recibe y envía toda la información vía Ethernet sin problemas de interferencias o ruidos. Este tipo se sistemas 3. SISTEMA DE MEDICIÓN ATMOSFÉRICA DE LA TUT 28 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator permite ubicar las unidades lo más próximas posible a los sensores, reduciendo así las longitudes de cable de éstos. Otro beneficio propiciado por utilizar dos unidades es la posibilidad de expansión del sistema en caso necesario cambiando los módulos E/S o, simplemente, añadiendo más. La Figura 3.9 muestra las unidades CompactRIO. Figura 3.9. Componentes del sistema de adquisición de datos durante el proceso de montaje. Respecto a la selección de los módulos E/S necesarios, se van a utilizar 2 módulos NI9205 con 32 entradas, una conectada a cada unidad CompaqRio, para adquirir las 28 señales de voltaje analógicas del sistema, y 6 módulos NI9217 de 4 entradas específicos para sensores tipo Pt-100 con conexión de tres cables, para adquirir las 21 señales de estos sensores. Para mayor detalle acerca las señales a adquirir o sobre los módulos E/S, consultar la Sección 5.6 del Anexo A. 3.7. Presupuesto Finalmente, la Tabla 3.1 muestra el coste económico de los diferentes componentes del sistema separados de acuerdo a la compañía proveedora a la que pertenecen. Resulta destacable que NI ha ofrecido descuentos importantes en todos los dispositivos adquiridos, además del hecho que supone el tener adquirida la licencia de Labview de antemano. Se puede comprobar como la facturación de Vaisala asciende a 5.658 €, la de Perel Oy (proveedor en Finlandia de Kipp&Zonen) a 23.694 € y la de NI a 6.262 €. El presupuesto total del sistema de medición atmosférica de la TUT asciende a 35.614 €. Para información más detallada, consultar los recibos de encargo de los sensores en el Apéndice C del Anexo A. 3. SISTEMA DE MEDICIÓN ATMOSFÉRICA DE LA TUT 29 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator Tabla 3.1. Resumen de presupuesto del sistema de medición atmosférica. Compañía Dispositivo Unids. Precio Total Vaisala HMP115A 1 1,137.00 € 1,137.00 € DTR503A 1 312.00 € 312.00 € DTR502B 1 300.00 € 300.00 € WS425 1 2,889.00 € 2,889.00 € IVA 22% 1,020.36 € Subtotal 1: 5,658.36 € Kipp&Zonen SP Lite 2 21 316.00 € 6,636.00 € CMF2 1 294.00 € 294.00 € CVF3 2 941.00 € 1,882.00 € CM121C 1 2,436.00 € 2,436.00 € CMP21 1 2,638.00 € 2,638.00 € CMP22 1 5,535.00 € 5,535.00 € IVA 22% 4,272.62 € Subtotal 2: 23,693.62 € National Instruments CRIO-9074 1 2,399.00 € -70% 719.70 € NI 91444 1 879.00 € -10% 791.10 € NI 9205 2 699.00 € -10% 1,258.20 € NI 9217 6 419.00 € -25% 1,885.50 € Pt-100 21 29.00 € -25% 456.75 € IVA 22% 1,129.21 € Subtotal 3: 6,261.96 € Total: 35,613.94 € 30 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator 4. TESTEO DE LOS SENSORES Y MÓDULOS FOTOVOLTAICOS 4.1. Introducción El objetivo de este capítulo es describir el montaje del sistema de sensores diseñado, así como presentar los resultados obtenidos al testear varios strings fotovoltaicos. Se va a comenzar describiendo el montaje del sistema de medidas I-T, seguido de una descripción del sistema de medición de potencia. Cabe destacar que este capítulo se corresponde con el Capítulo 6 del Anexo A. Como se ha explicado en el capítulo anterior, el sistema diseñado está compuesto por pares de sensores de radiación y temperatura de operación ubicados al inicio y final de cada grupo de módulos FV. En la Figura 4.1 se muestra un piranómetro montado próximo a un grupo de módulos. Estos sensores de radiación se colocan con la misma inclinación que los strings FV de forma que reciben la misma cantidad de radiación. La Figura 4.2 muestra la parte trasera del módulo, donde se ha colocado un sensor de temperatura fijado mediante un adhesivo y presionado con el protector de los cables. Figura 4.1. Piranómetro SP Lite 2 montado próximo a un string fotovoltaico. En lo referente a la estación meteorológica automática y los sensores de radiación, se montarán de acuerdo a lo establecido en el Capítulo anterior. Las medidas se han realizado en estrecha colaboración con la parte de electrónica de potencia del grupo de investigación, quienes están diseñando un sistema para medir las 4. TESTEO DE LOS SENSORES Y MÓDULOS FOTOVOLTAICOS 31 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator características eléctricas de los módulos fotovoltaicos. Llegados a este punto, han desarrollado un sistema para medir las curvas I-V y P-V en el laboratorio mediante IGBTs de forma rápida y precisa. La Figura 4.3 muestra un esquema del sistema. Figura 4.2. Platinum RTD attached to the back-side part of a PV module. El dispositivo de medida está compuesto por un osciloscopio digital de 1 GHz, una fuente de alimentación y sondas de corriente y voltaje para el osciloscopio, como muestra la Figura 4.3. Este último registra las corrientes y voltajes de los módulos y representa las curvas I-V, además de permitir almacenar los datos en memoria para posteriores análisis. La idea inicial planteada fue testear los módulos fotovoltaicos y sistemas de medida diseñados mediante la caracterización de los módulos una vez finalizado el montaje del sistema diseñado, siempre considerando este objetivo como secundario para el proyecto debido a las fases de distribución y montaje de los sensores. Finalmente, ha resultado imposible realizar el montaje del sistema a tiempo para realizar un testeo adecuado para el proyecto. Esto se ha producido por demoras en la recepción e instalación de los instrumentos, tarea la cual no forma parte de este proyecto. Sin embargo, pese a que finalmente no ha sido posible ni realizar un testeo parcial del sistema, se ha medido el rendimiento de los sistemas fotovoltaicos utilizando datos atmosféricos adquiridos mediante la instalación del Department of Electronics. De esta forma, se han medido parámetros eléctricos de diferentes strings y se han analizado sus características I-V, mientras que el sistema de medida del Department of Electronics ha proporcionado información sobre la temperatura ambiental, humedad relativa, velocidad de viento, irradiancia y temperatura medida en su módulo fotovoltaico (de silicio policristalino y similar tamaño a los instalados en la instalación medida); de los días al completo en los que se realizaron las medidas. Posteriormente, los datos medidos por ambos sistemas se han relacionado para su análisis. 4. TESTEO DE LOS SENSORES Y MÓDULOS FOTOVOLTAICOS 32 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator SKM200 GBD123 NAPS NP190GKg Oscilloscope i u u pv pv gate Figura 4.3. Esquema del sistema de medida de las características I-V para los sistemas FV. Imagen de los módulos IGBT, disipador y conexiones para las medidas de potencia. 4.2. Medición de las condiciones de operación Se han realizado varias medidas de potencia durante dos días de condiciones atmosféricas muy diferentes. Las primeras medidas se realizaron en agosto, en un día todavía caluroso y con una gran cantidad de radiación, mientras que las siguientes se tomaron ya en septiembre, en un día parcialmente nuboso y con temperaturas inferiores. Durante el primer día se realizaron mediciones en dos strings diferentes formados por 17 y 6 paneles respectivamente, mientras que en el segundo sólo sobre este último. La Tabla 4.1 muestra las horas concretas en las que las medidas de potencia fueron realizadas. Tabla 4.1. Momentos en los que se realizaron las medidas de potencia. Medida Fecha Hora M1 (6 paneles) 26/08/2010 09:48 M2 (17 paneles) 26/08/2010 11:20 M3 (6 paneles) 06/09/2010 08:58 M4 (6 paneles) 06/09/2010 12:48 M5 (6 paneles) 06/09/2010 12:53 La información meteorológica proporcionada por el Department of Electronics sólo está completamente disponible para el primer día de medidas, ya que los datos del segundo día están parcialmente corruptos. En concreto, no se disponen de datos desde las 6 h hasta las 13 h, por lo que las condiciones de radiación y la temperatura de operación del segundo día no están disponibles. Por todo ello, la radiación recibida por el string se ha obtenido aproximándola mediante simulaciones bajo diferentes niveles radiación y comparando los resultados con las medidas de potencia realizadas en el string. Se han comparado la corriente de cortocircuito y la potencia generada ya que son los parámetros de potencia más directamente afectados por la radiación recibida. El 5. CONCLUSIONES 39 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator Se ha programado en Matlab TM Simulink un modelo térmico que aproxima la temperatura de operación a partir de las condiciones atmosféricas bajo las que operan los módulos fotovoltaicos. El objeto del mismo es analizar la influencia de dichas condiciones sobre los módulos y completar un modelo del generador fotovoltaico, previamente desarrollado por el grupo de investigación, para estudiar como se ve afectado el rendimiento y la potencia del generador por las variables atmosféricas. Las simulaciones muestran una gran influencia de la temperatura ambiente, velocidad del viento e irradiancia sobre la temperatura de los módulos; mientras que la humedad relativa y dirección del viento no afectan significativamente a los módulos. En lo referente a la potencia generada y a la eficiencia de los strings, el incremento de la temperatura ambiente y velocidad del viento provoca un efecto positivo y negativo respectivamente. Por otra parte, las combinaciones prácticas de radiación, temperatura y velocidad del viento en condiciones reales en el exterior, producen que el sistema presente un rendimiento máximo para valores medios de estos parámetros. Siempre teniendo en cuenta el principio de que cuanto mayor sea la radiación recibida, mayor será la potencia generada por los módulos. Como última instancia, el modelo térmico se ha desarrollado con la intención de comparar las medidas de potencia, realizadas en strings, con los resultados simulados una vez finalizado el montaje de los mismos. Sin embargo, debido a demoras en la distribución e instalación, tarea la cual no forma parte de este proyecto, finalmente, ha sido imposible realizar un testeo, completo o parcial, de los sistemas de medición diseñados. Por ello, la caracterización de los módulos fotovoltaicos se ha llevado a cabo con medidas atmosféricas registradas con una instalación de menor precisión del Department of Electronics. Las medidas de la temperatura de operación e irradiancia muestran una inercia térmica en los módulos que no se ha considerado en el modelo térmico, el cual aproxima la temperatura de operación en estado estacionario sin contemplar la temperatura inmediatamente anterior, por lo que se producen pequeños errores entre las temperaturas de operación medidas y calculadas. Lo mismo ocurre con las medidas del rendimiento eléctrico de los strings. Si bien, los resultados corroboran el correcto funcionamiento tanto del modelo térmico como de los sistemas de medida empleados. Este Proyecto Fin de Carrera se ha limitado a la investigación de la influencia de las condiciones atmosféricas y de operación sobre la temperatura y rendimiento eléctrico de los módulos fotovoltaicos. Para caracterizar con precisión dichos sistemas es necesario relacionar los datos provistos por los sensores de medición atmosférica y de potencia mediante el futuro desarrollo de un programa en el software Labview que adquiera las señales, las procese y presente de forma comprensible y analizable. Por otro lado, es necesario finalizar el desarrollo de un sistema de medición de potencia que opere de forma continua. Una vez se realicen ambas tareas, será posible realizar futuros estudios 5. CONCLUSIONES 40 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator sobre los sistemas fotovoltaicos y dispositivos relacionados bajo diferentes condiciones de iluminación de los módulos y strings fotovoltaicos, por ejemplo. La realización de este Proyecto Fin de Carrera me ha aportado una gran experiencia, tanto a nivel personal como de cara al futuro mundo profesional. Por un lado, he tenido la necesidad de adaptarme al funcionamiento del Department of Electrical Energy Engineering, pese a las dificultades derivadas del idioma y de las diferencias culturales, por lo que he interiorizado la forma de trabajar general en Finlandia. Por otro lado, durante la realización del PFC he necesitado contactar con diferentes empresas, tanto finlandesas como de otros países, de forma eficiente, formal y con carácter técnico; además de mantener continuas reuniones con el grupo de trabajo presentando y debatiendo las diferentes propuestas derivadas de la búsqueda y análisis de una gran cantidad de material bibliográfico, en combinación con la información proporcionada por las empresas proveedoras. Quiero destacar que realizar y redactar este PFC en inglés ha supuesto un importante reto que, indudablemente, me servirá de ejemplo y motivación para los desafíos futuros. Entre los cuales se encuentra la posibilidad, brindada a raíz de este proyecto, de continuar con los estudios de doctorado gracias a una beca de dicho departamento. 41 Measuring actual operating conditions of a photovoltaic generator REFERENCIAS [1] Agencia Estatal de Meteorología. [WWW]. [2010]. Available at: http://www.aemet.es/es/portada [2] Alonso García, M. C. and Balenzategui, J. L. Estimation of photovoltaic module yearly temperature and performance based on Nominal Operation Cell Temperature calculations. Renewable Energy, 29, 2004, pp. 1997-2010. [3] Amy de la Breteque, E. Thermal aspects of c-Si photovoltaic module energy rating. Solar Energy, 83, 2009, pp. 1425-1443. [4] Benghanem, M. Measurement of meteorological data based on wireless data acquisition system monitoring. Applied Energy 86, 2009. pp 2651-2660. [5] Durisch, W., Tille, D., Wörz, A. and Plapp, W. Characterisation of photovoltaic generators. Applied Energy, 65, 2000, pp. 273-284. 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