Analysis of mismatch and shading effects in a photovoltaic array using different technologies

Abstract

In this paper, we analyze the performance of a photovoltaic array implemented in the Universidad Politécnica de Valencia which consists of modules of different technologies and power, connected in series, in order to quantify the energy losses due to mismatch and the effect of the shadows. To do this, the performance of the modules was measured in operation under ambient conditions with field measurement equipment (AMPROBE Solar Analyzer, Solar - 4000), which allows the extrapolation of measures to standard conditions STC. For the data validation, measures under controlled conditions were taken to some modules in the flash test laboratory of the Institute of Energy Technology ITE of Valencia in Spain. Subsequently the array curves measured were validated with a photovoltaic array model developed in MATLAB-Simulink for the same conditions and technologies. The results of this particular array are lost up to 20% of the energy supplied due to the modules mismatch. The study shows the curves and the energy loss due to shadows modules. This result opens scenarios for conceivable modifications to the PV field configurations today, chosen during the design stage and unchangeable during the operating stage; and gives greater importance to the energy loss by mismatch in the PV array.

En este artículo, analizamos el rendimiento de un conjunto fotovoltaico implementado en la Universidad Politécnica de Valencia, que consta de módulos de diferentes tecnologías y potencia, conectados en serie, para cuantificar las pérdidas de energía debidas a la falta de coincidencia y el efecto de las sombras. Para hacer esto, el rendimiento de los módulos se midió en operación en condiciones ambientales con equipo de medición de campo (AMPROBE Solar Analyzer, Solar - 4000), lo que permite la extrapolación de medidas a condiciones estándar STC. Para la validación de datos, se tomaron medidas bajo condiciones controladas a algunos módulos en el laboratorio de pruebas flash del Instituto de Tecnología Energética ITE de Valencia en España. Posteriormente, las curvas de matriz medidas se validaron con un modelo de matriz fotovoltaica desarrollado en MATLAB-Simulink para las mismas condiciones y tecnologías. Los resultados de esta matriz en particular se pierden hasta un 20% de la energía suministrada debido a la falta de coincidencia de los módulos. El estudio muestra las curvas y la pérdida de energía debida a los módulos de sombras. Este resultado abre escenarios para modificaciones posibles en las configuraciones de campo fotovoltaico de hoy, elegidas durante la etapa de diseño e inalterables durante la etapa operativa; y le da mayor importancia a la pérdida de energía por desajuste en el campo fotovoltaico.