Combined analytical and numerical approach to determine the four parameters of the photovoltaic cells models

Abstract

The main contribution of this work is to propose an efficient and accurate method for identifying and determining the values of equivalent circuit elements of photovoltaic module using only exact analytical equations and four manufacture's data reference, i.e., the open-circuit voltage (VOC) , the short-circuit current (ISC) and the current and the voltage at the maximum power point (IM , VM). All used equations were obtained with a transparent analytical procedure. To avoid using any mathematical simplifications or other physical assumptions when extracting RS (series resistance) parameter, a fast and accurate iterative numerical method is proposed. For determine a four or five PV parameters model, many authors proposed several procedures that require the entire experimental I-V curves or based on many estimations, assumptions and simplifications for solving non-linear I-V equations. These techniques lead to a PV parameters model with a minimum error. We apply this combined method in order to extract the four-parameter Single-Diode models of photovoltaic modules. The effectiveness of this approach is evaluated and validated by Matlab/Simulink environment, through comparison of simulation results of the model to the data provided by product's manufacturer. It envisaged that this work is very useful for PV power electronics designers who require exact, fast and accurate approach for modeling emulating their photovoltaic modules under various environmental conditions.

Estimação de Parâmetros de Modelo de Sistemas Fotovoltaicos Utilizando Algoritmo de Levenberg-Marquardt Modificado

“…Esse painel foi escolhido como referência porque outros autores [7], [14] e [2] já realizaram estudos acerca da estimação de parâmetros utilizando-o, na qual foram propostos métodos numéricos, analíticos ou métodos analítico-numéricos para a estimação de parâmetros. A Tabela 1 apresenta os dados de referência providos pelo fornecedor e utilizados neste trabalho.…”

“…A Tabela 2 mostra os valores obtidos para as resistências estimados por este trabalho através do algoritmo de Levenberg-Marquardt Modificado e pelos demais trabalhos [7], [14] e [2], juntamente com o Erro Quadrático Médio (EQM).…”

“…O fator de idealidade do diodo (m), foi considerado o valor de m = 1,3 porque outros trabalhos da literatura [7], [14], [2] obtiveram este valor para o mesmo módulo fotovoltaico analisado (módulo Kyocera KC200GT). Portanto, sabendo os valores a serem obtidos de corrente e tensão por meio da amostragem da curva característica presente no datasheet do módulo, utiliza-se o algoritmo de Levenberg-Marquardt Modificado para estimar o valor das duas resistências (R s e R p ) minimizando o erro entre a curva gerada e os pontos amostrados.…”

“…No entanto, deve-se garantir que se obtenha a utilizaçãoótima dos módulos fotovoltaicos, responsáveis por transformar a energia solar em energia elétrica, pois os módulos possuem elevado custo de investimento. Portanto,é essencial a realização de simulações confiáveis, otimizadas e precisas do Sistema Fotovoltaico a ser implementado, visando garantir a configuraçãó otima do sistema [7]. Há diversas propostas de simulações de módulos/sistemas fotovoltaicos descritas na literatura.…”

“…Em seguida,é apresentada a simulação de um Sistema Fotovoltaico onde o sistemaé composto por apenas um módulo. Os resultados da curva característica gerada pela estimação de parâmetros e da simulação do Sistema Fotovoltaico, são comparados com os dados apresentados pelo datasheet e pelos trabalhos [7], [10], [15], [14], [2].…”