Helios 3198, Simulador Solar de Paneles de Concentración

Helios 3198, Simulador Solar de Paneles de Concentración
"Todos los usuarios valoran muy positivamente la
interfaz por ser tan intuitiva, y gracias a que
LabVIEW es un entorno de desarrollo orientado a
aplicaciones de control, se consiguieron muy
buenos resultados."
- Almudena Mateos Barrado, Soldaduras Avanzadas - Ingeniero de I+D.
El Reto:
Desarrollar un simulador solar basado en tecnología multi-flash para caracterizar paneles solares de concentración mediante la adquisición de los
datos de corriente y tensión de los mismos. El simulador solar en su conjunto resultaría pionero a nivel mundial para la caracterización de este tipo
de tecnologías
Lea el Caso
de Estudio
Completo
La Solución:
Desarrollar un código en LabVIEW capaz de realizar el tratamiento de los datos y generación de señales de control para comandar todos los
dispositivos que componen el simulador solar. El sistema debía permitir adquirir los datos del panel, así como comunicarse con otros equipos
normalmente presentes en una línea de producción. Esto se consiguió mediante el uso de productos de National Instruments dada la robustez y
modularidad de los mismos tales como LabVIEW y controladores PXI junto con la NI PXI-6251.
Autor(es):
Almudena Mateos Barrado - Soldaduras Avanzadas - Ingeniero de I+D.
Emilio Agudo Domínguez - Soldaduras Avanzadas - Ingeniero de I+D
Introducción
El simulador Helios 3198 es el único simulador solar para paneles fotovoltaicos de alta concentración (CPV) disponible en el mercado. Este tipo de
paneles está compuesto por células de material semiconductor muy pequeñas en tamaño, pero de muy alta eficiencia, así como de unas lentes cuya
función es concentrar la luz para que incida sobre el área en el que se encuentra la célula.
El Helios 3198 hace que el haz de luz proveniente de una fuente artificial incida sobre la superficie del panel de la misma forma que los rayos del sol y
con un espectro de referencia controlado (similar al estándar AM1.5D). Este método de medida de paneles indoor hace que se pueda registrar la curva
I-V del panel y obtener los datos más relevantes de la misma con independencia de las condiciones atmosféricas y con un coste controlado.
El concepto del Helios 3198 se comenzó a desarrollar en 2005 por el Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (IES-UPM) y en
2008 se licenció la tecnología a la empresa Soldaduras Avanzadas S.L.
Descripción del sistema HELIOS 3198
El Helios 3198 se ha concebido para ser el elemento clave en las líneas de producción de paneles de concentración, ya que además de adquisición,
tratamiento de datos y cálculo de parámetros significativos, permite clasificar los módulos de acuerdo a su funcionamiento. También puede trabajar de
forma automática a través de líneas lógicas de comunicación con el resto de los dispositivos de una línea de producción, y está dotado de la robustez
extra que le proporciona el PXI como controlador industrial.
Además de la capacidad de ser usado en líneas de producción, este sistema también ha sido elegido por algunos laboratorios, tales como ISFOC
(España) o INER (Taiwán) por su gran
precisión. En general, todos los usuarios valoran muy positivamente la interfaz por ser tan intuitiva, y gracias a que LabVIEW es un entorno de desarrollo
orientado a aplicaciones de control, se consiguieron muy buenos resultados.
Sistema de iluminación
El uso de óptica de concentración de luz sobre células muy pequeñas se traduce en ángulos de aceptancia muy reducidos, es por este motivo que sólo la
luz directa del sol sobre la superficie del panel es capaz de transformarse en energía. Por lo tanto, el Helios 3198 está dotado de un espejo colimador
que consigue que un haz de luz divergente proveniente de una lámpara flash de Xenón, incida sobre la superficie del panel con el mismo ángulo con el
que lo harían los rayos del sol directos, con un espectro similar al estándar AM1.5D y con una uniformidad mayor al 5%.
El nivel de irradiancia que se alcanza en el receptor supera los 850W/m2 y el generador de flash tarda en cargarse menos de 2 segundos, por tanto, si
quisiéramos caracterizar un panel a través de una curva IV de 6 puntos, se tardarían aproximadamente 12 segundos.
Funcionamiento del sistema
El objetivo de cualquier simulador solar es poder caracterizar paneles a través de su curva IV, que es el método que más información nos da acerca del
funcionamiento del panel que se va a medir.
El sistema Helios 3198 detecta el nivel de irradiancia que incide sobre el panel a través de una referencia que es la unidad fundamental del módulo que
se va a medir, es decir, una célula y su óptica asociada.
Una vez posicionados tanto el módulo como la referencia debidamente alineados a una distancia igual a la distancia focal del espejo colimador y se han
hecho las conexiones eléctricas entre el panel, la referencia y el Helios 3198, se configura el sistema para la medida. Esto consiste básicamente en
definir un fichero de puntos polarización para el módulo a varios niveles de tensión entre 0 y Voc, poner los valores de irradiancia a los que queremos
caracterizar, y elegir adecuadamente los canales de medida que se van a usar.
Una vez midiendo, el panel va a ser polarizado a cada uno de los niveles de tensión definidos en el fichero de puntos de polarización y por cada uno de
estos niveles de tensión se hace un disparo flash y se adquieren los datos de tensión y corriente a través de la tarjeta NI DAQ PXI 6251 para cada uno
de los niveles de irradiancia y se muestran en pantalla.
Características del software
La estructura del software está hecha para dos niveles de trabajo, uno en el que el software es completamente abierto y permite configurar todas las
opciones tanto de hardware como de software y salvarlas o cargar las que se han hecho previamente. A este nivel de trabajo se accede solo a través de
contraseña. Y la otra opción mucho más cerrada, que no permite modificar la configuración.
Algunas de las opciones que facilita el software es el cálculo de los parámetros más importantes de los paneles tales como la Isc, la Voc, la eficiencia, la
potencia máxima...Clasificar los módulos según criterios definidos por el usuario y hacer aproximaciones de cómo serían los parámetros del módulo si se
trabajase en condiciones estándar de irradiancia y temperatura.
El uso de LabVIEW como herramienta de desarrollo dota al sistema de una interfaz de usuario muy completa y fácil de manejar. Al ser un lenguaje de
programación tan completo e intuitivo, permite desarrollar grandes códigos en espacios de tiempo relativamente cortos. Además, el hecho de que haya
drivers de la mayoría dispositivos implementados en LabVIEW facilita la comunicación con otros equipos.
Conclusión
Para la realización del Helios 3198 se optó por utilizar productos de NI ya que cuenta con una amplia gama de dispositivos y soluciones para adquisición
de datos y LabVIEW hace fácil manejarlos. Además de esto, el grupo de Integración de Sistemas e Instrumentación del Instituto de Energía Solar
(Universidad Politécnica de Madrid), desarrollador del concepto de simulador de paneles de CPV, y del cual estamos enormemente agradecidos en
Soldaduras Avanzadas por su gran dedicación, lleva una larga y exitosa trayectoria de desarrollo de instrumentos de medida con muchos de estos
productos.
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www.ni.com
Información del Autor:
Almudena Mateos Barrado
Soldaduras Avanzadas - Ingeniero de I+D.
Figura 1. Espectro producido por el Helios 3198 comparado con el estándar AM1.5D
Legal
Este caso de estudio (este "caso de estudio") fue desarrollado por un cliente de National Instruments ("NI"). ESTE CASO DE ESTUDIO ES PROPORCIONADO
"COMO ES" SIN GARANTÍA DE NINGUN TIPO Y SUJETO A CIERTAS RESTRICCIONES QUE SE EXPONEN EN LOS TÉRMINOS DE USO EN NI.COM.
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www.ni.com