Photovoltaic systems distributed monitoring for performance optimization

La presente Tesis Doctoral se titula Monitorización Distribuida en Sistemas Fotovoltaicos para la Optimización de la Eficiencia. Los conceptos desarrollados en la misma tienen por finalidad la mejora significativa de la eficiencia de una planta fotovoltaica. La cantidad de energía que una planta fotovoltaica puede generar depende en primera medida de la irradiancia incidente, así como de la temperatura ambiente, que, a la postre afectará a la temperatura de los módulos. Hay una serie de factores de pérdidas que pueden afectar negativamente a su rendimiento. Las consecuencias de los mismos van a afectar directamente a los parámetros operativos de los módulos FV, de ahí la importancia de disponer de información detallada en tiempo real de los mismos. Esto permite obtener su huella I/V y cuantificar su eficiencia teniendo en cuenta las condiciones atmosféricas existentes y, en comparación con los valores teóricos que deberían obtenerse bajo las condiciones reales de funcionamiento, determinar si el módulo FV está operando correctamente, o bien lo está haciendo por debajo de los niveles que le corresponderían por las condiciones ambientales. Las diferencias obtenidas permiten cuantificar las pérdidas asociadas. Un módulo FV operando por debajo de su rendimiento óptimo generará unas pérdidas económicas importantes, durante el tiempo que esté trabajando en esas condiciones. La presente Tésis ha quedado estructurada de la siguiente forma: en el capítulo 2, se hace un repaso de los parámetros funcionales de los módulos FV, y su dependencia de las condiciones atmosféricas presentes. Corriente de cortocircuito: ISC Tensión a circuito abierto: VOC Corriente en el punto de máxima potencia Imp Tensión en el punto de máxima potencia Vmp Potencia máxima Pmp Asimismo, se definen los protocolos de traslación de dichos parámetros desde las condiciones STC dadas por el fabricante en sus hojas de características, a las correspondientes por las condiciones ambientales existentes.; En el capítulo 3, se describe el sistema de monitorización propuesto, la estructura del módulo de monitorización y transmisión de datos (SMCM), así como el diseño de la capa física de comunicaciones sobre la que se ha implementado la tecnología PLC. El módulo SMCM es un dispositivo inteligente, basado en el µControlador MSP 430 del fabricante Texas Instruments, de coste inferior al Euro, y sin embargo, con unas grandes prestaciones. Esto ha permitido concebir un SMCM de muy bajo coste, de tal manera que no penalizara la implantación del sistema de monitorización. En el capítulo 4, se cuantifica la incertidumbre asociada al módulo SMCM como dispositivo de medida electrónico. En el capítulo 5, se valida el modelo propuesto anteriormente, mediante su aplicación a datos experimentales consolidados. El procedimiento ha consistido en generar los valores de la curva I-V a partir del modelo propuesto, según las condiciones ambientales reportadas, y posteriormente contrastar los resultados obtenidos para así poder cuantificar el error relativo (RE) resultante de la aplicación del proceso. Se han tabulado 10 medidas, hechas en distintas condiciones; se han obtenido los correspondientes curvas I-V a condiciones STC, las cuales han sido posteriormente trasladadas a ROC y se ha cuantificado el error relativo en los parámetros más importantes; esto es, la corriente de cortocircuito (ISC), la tensión a circuito abierto (VOC), así como la potencia en el punto de máxima potencia (MPP) (Pmp) y sus correspondientes coordenadas de tensión (Vmp) y corriente (Imp). En el capítulo 6, se aplica el mismo procedimiento a los resultados experimentales obtenidos en los módulos FV instalados en el laboratorio de FV de la EPS. Una vez que los modelos matemáticos de los parámetros del módulo FV, así como su traslación a las condiciones reales de operación han sido validados y el error relativo cuantificado, procede aplicar dichos procedimientos a los datos obtenidos en el proceso de monitorización en tiempo real utilizando los SMCM´s. En el capítulo 7, se aplican los procedimientos anteriores para determinar y cuantificar tanto los PR como las pérdidas efectivas resultantes. Las pérdidas a las que puede estar sometido un módulo FV se pueden reflejar en el correspondiente Performance Ratio (PR), y se pueden dividir en dos grandes grupos. Por un lado, tenemos las pérdidas debidas al hecho de que el módulo FV no está trabajando bajo las consideradas condiciones estándares STC. Estas se consideran como inevitables. Por otro lado, están las pérdidas debidas a una mala operación del módulo FV, o bien a condiciones anormales momentáneas no atribuibles a las condiciones climáticas. Estas pueden ser debidas a un sombreado total o parcial, momentáneo o duradero, polvo, suciedad en los módulos, etc… Estas pérdidas son consideradas como evitables, y mediante las correspondientes acciones correctoras, pueden ser suprimidas. En este capítulo, se propone un protocolo de comparación entre dos conceptos diferentes de PR. Estando el módulo FV trabajando en unas determinadas y conocidas condiciones reales (ROC), se obtiene un PR experimental denominado PRi. Por otro lado, está el nuevo concepto de PR obtenido a partir de los datos trasladados a ROC, y denominado PRt. El análisis comparativo de ambos PR va a permitir cuantificar las pérdidas a las que está sometido el módulo FV, así como sus posibles causas

El cuestionario como medio de evaluación en la implementación de nuevos procesos de enseñanza/aprendizaje en la Electrónica de Potencia

Las Nuevas Tecnologías de la Información y la Comunicación (NTIC) invaden los medios educacionales, comunicacionales y empresariales. Y eso hace que, al mundo que conocemos tradicionalmente ("real"), se sumen los entornos "virtuales" y de comunicaciones. Aplicadas al entorno educativo, las NTIC favorecen estilos docentes más flexibles y personalizados, fomentan la participación y el trabajo en equipo, estimulan el interés y motivación, facilitan el aprendizaje autónomo y mejoran el rendimiento académico de los estudiantes, produciéndose diversos cambios y modificaciones en los procesos de enseñanza/aprendizaje, que son analizados y estudiados en este trabajo.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

El diseño como técnica para la docencia de microprocesadores

La formación en hardware de microprocesadores es una materia con una dificultad particular para muchos estudiantes. Una de las razones de ello es la utilización de dispositivos comerciales como elementos docentes. Esta metodología permite que los estudiantes aprendan a utilizar los dispositivos. Sin embargo la docencia en Ingeniería Electrónica, no puede ser que los estudiantes aprendan a usar los dispositivos. Utilizando dispositivos comerciales exclusivamente para la docencia, los estudiantes no ven los esquemas de las distintas partes del :P puesto que los fabricantes no lo suministran. En este trabajo se describe cómo la técnica de diseño es útil para que los estudiantes puedan realizar su propio :P. Con ello se logra que tengan un conocimiento profundo del funcionamiento y la arquitectura del mismo. Este método se utiliza en la EPS de la Universidad de Málaga hace años y los resultados son excelentes.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Aproximación a la técnica “Aprender Haciendo” para la docencia en microprocesadores

Es frecuente que en la docencia en microprocesadores, lo que menos hay es electrónica digital. En muchos casos se utiliza un dispositivo comercial cuya descripción se basa en bloques funcionales sin los esquemas de los circuitos que los implementan. Una vez hecha esta descripción se pasa a su utilización (programación del dispositivo). Esta forma de actuar es informática pero no electrónica. La justificación de ello está en la complejidad de los circuitos que se utilizan en los microprocesadores. Sin embargo esto se supera fácilmente analizando cada elemento necesario para construir un microprocesador y desarrollando los esquemas utilizando dispositivos comerciales disponibles. Esta forma de bricolaje aplicado a la electrónica digital da muy buenos resultados en cuanto a la comprensión del funcionamiento por parte de los estudiantes. Con esta técnica, los estudiantes “ven” como funciona cada una de las partes ya que disponen de los catálogos de los fabricantes y conocen su funcionamiento porque son elementos básicos de electrónica digital, como puertas, biestables, circuitos combinacionales y secuenciales. Además pueden experimentarlos ya sea haciendo el montaje o por simulación.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Técnica “Hazlo Tú Mismo” para la creación de un entorno personal de aprendizaje en el estudio de los microprocesadores

El aprendizaje de la arquitectura hardware de los dispositivos microprocesadores no suele ser una tarea grata para muchos estudiantes. En muchas ocasiones, los estudiantes no son capaces de enlazar los conocimientos que ya han adquirido en otras asignaturas con las explicaciones que el profesor desarrolla. La técnica DIY (Do It Yourself: Hazlo Tú Mismo, HTM) se utiliza exitosamente en la docencia de microprocesadores para evitar descripciones de partes que resultan poco ilustradas, aburridas y difíciles de entender por parte de muchos estudiantes y que, sin embargo, ya conocen. Por medio de esta técnica los estudiantes construyen su microprocesador, entendiendo la funcionalidad de cada una de las partes electrónicas que lo componen. Esta técnica presenta dos características importantes: logra una interactividad sinérgica elevada y permite la utilización de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC).Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Analysis of the degradation of amorphous silicon-based modules after 11 years of exposure by means of IEC60891:2021 procedure 3

The degradation of two amorphous silicon-based photovoltaic (PV) modules, namely, of single junction amorphous silicon (a-Si) and of micromorph tandem (a-Si/μ-Si), after 11 years of exposure in the south of Spain is analyzed. Their I-V curves were measured outdoors to study the changes of the electrical parameters in the course of three different periods: during the initial days of exposure, during the first year, and in the subsequent 10-year period. The translation of the curves to an identical set of operating conditions, which enables a meaningful comparison, was done by the dif ferent correction procedures described in the standard IEC60891:2021, including the procedure 3, which does not require the knowledge of module parameters, whose values are typically not available. The annual power degradation rates over the entire 11-year period are 1.12% for the a-Si module, which is 3.02% for the first year, and 0.98% for the a-Si/μ-Si, which is 2.29% for the initial yearThis work is supported by Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca (Italy) (grant PRIN2020-HOTSPHOT 2020LB9TBC and grant PRIN2017-HEROGRIDS 2017WA5ZT3_003); Università degli Studi di Salerno (FARB funds); Ministerio de Ciencia, Innovacion y Universidades (Spain) (grant RTI2018-095097-B-I0)

Fundamentos de electrónica analógica

La presente obra está dirigida a estudiantes de ingeniería, y trata de introducir al lector en los fundamentos de Ia electrónica analógica, analizando componentes básicos, como el diodo o distintos tipos de transistores, y estudiando configuraciones de amplificación multietapa y diferenciales. Dado el fuerte carácter introductorio que impregnan toda Ia obra, Ia teoría tiene un peso muy importante en Ia misma. Difícilmente se puede llevar a cabo el diseño o implementación de un circuito electrónico analógico si no se domina con claridad el funcionamiento de cada uno de los componentes. Estos cimientos teóricos son los que trata de afianzar este texto. Sin embargo, este carácter teórico no implica que el texto no sea de aplicación. Precisamente son estos conceptos teóricos los que dan a Ia obra su sentido práctico, que surge al proporcionar al lector métodos estructurados para el diseño y análisis de sistemas electrónicos analógicos básicos. Este carácter práctico se refuerza especialmente en los estudios de los amplificadores multietapa y diferencia

A Power-Line Communication System Governed by Loop Resonance for Photovoltaic Plant Monitoring

Within this paper, a PLC system that takes advantage of the loop resonance of an entire DC-PV string configured as a circular signal path is developed and implemented. Low cost and extremely simple transceivers intended to be installed within each PV module of a string have been designed and successfully tested. In addition, an anti-saturation coil has been conceived to avoid saturation of the core when the entire DC current of the string flows through it. Bi-directional half-duplex communication was successfully executed with up to a 1 MHz carrier frequency (150 kbps bitrate), using a simple ASK modulation scheme. The transmission and reception performance are presented, along with the overall system cost in comparison to the previous literatureThis research was funded by the Universidad dee Valladolid with the predoctoral contracts of 2020 cofunded by Santander Bank. This study was also supported by the Universidad dee Valladolid with ERASMUS+ KA-107. Partial funding for open access charge: Universidad de Málag

A Resonant Ring Topology Approach to Power Line Communication Systems within Photovoltaic Plants

Within this study, single-cable propagation facilitated by PV strings’ wiring characteristics is considered for an adapted design of PLC electronics. We propose to close the communications signal path, resulting in a ring topology where a resonance condition could be implemented. A PLC topology using the resulting circular closed-loop path of a PV series string as its physical communication support is designed and leveraged for practical use. When the path length or the number of transceivers is changed, the resonance properties that come with the circular path as the physical support are affected but are shown to be preserved with the application of automatic adjustable tuning. This automatic tuning guarantees that the resonance improves propagation parameters and reverts the system to its optimal values at the chosen carrier frequency.This study was supported by the Universidad of Valladolid with the predoctoral contracts of 2020 cofunded by Santander Bank. This study was supported by the Universidad of Valladolid with ERASMUS+ KA-107. Partial funding for open access charge: Universidad de Málag

A power-line communication system governed by loop resonance for photovoltaic plant monitoring

Within this paper, a PLC system that takes advantage of the loop resonance of an entire DC-PV string configured as a circular signal path is developed and implemented. Low cost and extremely simple transceivers intended to be installed within each PV module of a string have been designed and successfully tested. In addition, an anti-saturation coil has been conceived to avoid saturation of the core when the entire DC current of the string flows through it. Bi-directional half-duplex communication was successfully executed with up to a 1 MHz carrier frequency (150 kbps bitrate), using a simple ASK modulation scheme. The transmission and reception performance are presented, along with the overall system cost in comparison to the previous literature.The Universidad dee Valladolid with the predoctoral contracts of 2020 co-funded by Santander Bank.https://www.mdpi.com/journal/sensorsam2023Electrical, Electronic and Computer Engineerin