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Authors
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Abstract(s)
A produção de energia amiga do ambiente é um dos principais desafios deste século para
alcançar a sustentabilidade energética. Assim, o incremento da produção de energia por
fontes renováveis é essencial para cumprir as metas climáticas sem desacelerar o
crescimento económico e reduzir o bem-estar. Particularmente, a redução dos custos das
tecnologias de produção fotovoltaica está a permitir o aumento da capacidade instalada,
contribuindo para uma transição energética menos dispendiosa. Portanto, utilizar
ferramentas que permitam monitorizar e controlar continuamente os sistemas
fotovoltaicos é uma tarefa crucial que assume uma importância cada vez maior. Esta
dissertação, avalia o desempenho de modelos matemáticos clássicos e per-unit ao
estimar a curva caraterística corrente-tensão que descreve o comportamento de células
ou módulos fotovoltaicos. Concretamente, é realizado um estudo comparativo que
considera os modelos comummente usados na literatura (modelos de um, dois e três
díodos), na sua formulação clássica e per-unit, na estimação dos parâmetros
fotovoltaicos. Para avaliar adequadamente a precisão e fiabilidade dos diferentes
modelos clássicos e per-unit foram desenvolvidos algoritmos de otimização que utilizam
métodos metaheurísticos em combinação com o método de Newton-Raphson. O
problema de estimação dos parâmetros fotovoltaicos considerou dados experimentais de
dois casos de estudo, sendo que o primeiro se refere a uma célula fotovoltaica e o segundo
a um módulo fotovoltaico ambos amplamente usados na literatura. Os resultados
revelaram que a precisão, fiabilidade e custo computacional com ambas as abordagens
de modelação formam muito similares. Assim, a utilização de modelos per-unit na
resolução do problema de estimação dos parâmetros fotovoltaicos através de métodos
metaheurísticos, pode ser uma alternativa válida aos modelos clássicos.
Environmentally friendly energy production is one of this century’s main challenges to achieve energy sustainability. Increasing energy production from renewable sources is essential to meet climate goals without slowing down economic growth and reducing well-being. Particularly, cost reduction in photovoltaic production technologies allows increases in installed capacity, contributing to a less expensive energy transition. Therefore, using tools to continuously monitor and control photovoltaic systems is a crucial task of increasing importance. This dissertation evaluates the performance of classical and per-unit mathematical models to estimate the current-voltage characteristic curve describing the behaviour of photovoltaic cells or modules. Concretely, we compare photovoltaic parameter estimation using the classic models commonly used in the literature (single-, double- and three-diode models) with their perunit variants. To properly assess the accuracy and reliability of the different classical and per-unit models, we developed optimization algorithms that use metaheuristic methods combined with the Newton-Raphson method. We used data from two case studies, referring to a photovoltaic cell and a photovoltaic module, both widely used in the literature. The results revealed that the accuracy, reliability and computational cost with both modelling approaches were very similar. Thus, the use of per-unit models to solve the photovoltaic parameter estimation problem through metaheuristic methods can be a valid alternative to classical models.
Environmentally friendly energy production is one of this century’s main challenges to achieve energy sustainability. Increasing energy production from renewable sources is essential to meet climate goals without slowing down economic growth and reducing well-being. Particularly, cost reduction in photovoltaic production technologies allows increases in installed capacity, contributing to a less expensive energy transition. Therefore, using tools to continuously monitor and control photovoltaic systems is a crucial task of increasing importance. This dissertation evaluates the performance of classical and per-unit mathematical models to estimate the current-voltage characteristic curve describing the behaviour of photovoltaic cells or modules. Concretely, we compare photovoltaic parameter estimation using the classic models commonly used in the literature (single-, double- and three-diode models) with their perunit variants. To properly assess the accuracy and reliability of the different classical and per-unit models, we developed optimization algorithms that use metaheuristic methods combined with the Newton-Raphson method. We used data from two case studies, referring to a photovoltaic cell and a photovoltaic module, both widely used in the literature. The results revealed that the accuracy, reliability and computational cost with both modelling approaches were very similar. Thus, the use of per-unit models to solve the photovoltaic parameter estimation problem through metaheuristic methods can be a valid alternative to classical models.
Description
Keywords
Métodos Metaheurísticos Estimação de Parâmetros Fotovoltaicos Método de Newton-Raphson Modelos Clássicos Modelos Per-Unit