Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/2757
Title: A hardware field simulator for photovoltaic materials applications.
Authors: Massi Pavan, Alessandro
Supervisore/Tutore: Roitti, Sergio
Issue Date: 23-Apr-2008
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: 
Il presente lavoro riguarda la descrizione di un simulatore di campo fotovoltaico (in
seguito simulatore).
Il simulatore è un convertitore elettronico di potenza che, alimentato dalla rete elettrica, riproduce la caratteristica tensione corrente di un campo fotovoltaico (insieme di moduli fotovoltaici connessi in serie e in parallelo) operante in condizioni climatiche di temperatura e irraggiamento arbitrarie.
Il nuovo dispositivo verrà impiegato nell’ambito del laboratorio fotovoltaico cui fa riferimento l’impianto in via di realizzazione sul tetto dell’edificio che ospita il Dipartimento dei Materiali e delle Risorse Naturali dell’Università di Trieste.
Il simulatore viene proposto come utile strumento per i progettisti di dispositivi solari funzionanti in sistemi fotovoltaici connessi in rete. In particolare, il simulatore permetterà di prevedere il funzionamento di nuovi moduli fotovoltaici operanti in condizioni di ombreggiamento
arbitrario e inseriti in un sistema fotovoltaico reale. L’uso del simulatore sarà particolarmente efficace nel caso di simulazioni di tecnologie in film sottile come, ad esempio, il silicio amorfo, il tellururo di cadmio, ecc.
Il simulatore sarà anche necessario per testare i componenti che fanno parte di un sistema fotovoltaico connesso in rete, con particolare riferimento ai sistemi di condizionamento della potenza (detti anche inverter). Tali sistemi, oltre a convertire la tensione continua prodotta dai moduli fotovoltaici in una tensione compatibile e sincronizzata con quella della rete, devono garantire istante per istante l’inseguimento del punto di massima potenza estraibile
dal campo fotovoltaico cui sono connessi.
Il lavoro è stato suddiviso in cinque capitoli.
Il primo capitolo fornisce una breve descrizione dello stato dell’arte e di alcune aspetti economici relativi alla tecnologia fotovoltaica.
Nel secondo capitolo vengono richiamati il modello classico di una cella solare e le
definizioni riguardo le sue caratteristiche principali (punto di massima potenza, efficienza, fill factor, ecc.). Nello stesso capitolo un’overview sui materiali e sulle tecnologie utilizzate nella realizzazione dei dispositivi fotovoltaici divide, come suggerito da Martin Green, le celle solari in tre diverse generazioni: la prima comprende i dispositivi realizzati in silicio
cristallino (mono e policrisallino), la seconda quelli in film sottile (in silicio amorfo, tellururo di cadmio CdTe, diseleniuro di rame e indio CIS, diseleniuro di rame, indio e gallio CIGS, diseleniuro di rame, indio, gallio e zolfo CIGSS) e le celle di Graetzel, e la terza le celle
multigiunzione, a banda intermedia e quelle organiche.
Nel capitolo tre viene fornita una descrizione dei componenti costituenti un sistema fotovoltaico connesso in rete e viene proposto un nuovo metodo per la determinazione delle caratteristiche corrente tensione e potenza tensione prodotte da dispositivi fotovoltaici. Il
metodo risulta efficace in quanto non necessita di misure sperimentali da effetture sui diversi dispositivi. I dati forniti nei comuni data sheet che vengono forniti a corredo dei moduli fotovoltaici sono sufficienti a determinarne il comportamento al variare della temperatura di
funzionamento e del livello di radiazione solare.
L’efficienza di un sistema fotovoltaico (Balance Of the System, BOS) viene calcolata
nel capitolo quattro. Particolare enfasi viene data all’effetto di mismatching che è tanto più importante quanto più è elevato il livello di ombreggiamento presente sul piano dei moduli fotovoltaici costituenti l’impianto.
Infine, l’ultimo capitolo riguarda la descrizione del simulatore e delle sue applicazioni.

The subject of this work is a power electronic device, hereafter named photovoltaic field simulator, which converts the grid voltage into a current voltage characteristic. This characteristic
replicates the behavior of a real photovoltaic field working in arbitrary conditions of irradiance and temperature.
After building, the photovoltaic field simulator will be used in the photovoltaic laboratory which is connected to the experimental photovoltaic plant which will be installed on the roof top of the Materials and Natural Resources Department of Trieste University.
The photovoltaic field simulator will be used for photovoltaic module parameters design with particular reference to its behavior when inserted in a photovoltaic field operating under shaded conditions. The use of the simulator will be particularly effective when simulating thin-film technologies as, for example, amorphous silicon, cadmium telluride, and etc.
The photovoltaic field simulator will also be used for testing the components of grid connected photovoltaic systems with particular reference to the power conditioning units (also named inverters). These systems, which convert the direct current produced by the photovoltaic
modules into a utility grade current (typically alternate and sinusoidal at a frequency of 50-60Hz), must extract maximum power from the photovoltaic field.
The work is divided into five chapters.
In the first a brief description of photovoltaic technology and its economic aspects is given.
Chapter two is on classic solar cell modelling basics and on the definition of the parameters of photovoltaic technology (maximum power point, efficiency, fill factor, and etc.). In the same chapter a materials and technologies overview splits, as suggested by Martin Green, solar cells in three different generations: the first comprises crystalline silicon (mono and
polycrystalline) devices, the second thin-film devices (amorphous silicon, cadmium telluride CdTe, copper indium diselenide CIS, copper indium gallium diselenide CIGS, copper indium gallium sulphur diselenide CIGSS), and the Graetzel cells, while the third multi-junction, intermediate band and organic photovoltaic devices.
The third chapter briefly describes photovoltaic grid connected system components. In particular a new model for plotting photovoltaic current voltage and power voltage characteristics is provided. The method is original because only module data sheet parameters are used and experimental measurements are not needed in order to determine the photovoltaic modules behavior with reference to irradiance and working temperatures changes.
In chapter four the Balance of a photovoltaic System (BOS) is calculated. In particular the importance of the mismatching effect of photovoltaic modules due to shaded conditions is shown.
The last chapter is on simulator description and its applications.
Ciclo di dottorato: XX Ciclo
metadata.dc.subject.classification: INGEGNERIA E SCIENZA DEI MATERIALI
Description: 
2006/2007
Keywords: fotovoltaico, simulatore, materiali, ombreggiamento
caratteristiche tensione corrente e tensione potenza, sistemi grid connected
photovoltaic, hardware field simulator, materials, shading effects
current voltage and power voltage characteristics
Language: en
Type: Doctoral Thesis
Settore scientifico-disciplinare: ING-IND/22 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
NBN: urn:nbn:it:units-7336
Appears in Collections:Ingegneria industriale e dell'informazione

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