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Existem várias maneiras de caracterizar módulos FV, as principais abrangem 5 métodos distintos com variados graus de complexidade, fidelidade e custos. Além destes uma importante característica que deve ser considerada em um traçador de curva IxV é a flexibilidade de uso em campo, sendo capaz de ter autonomia na alimentação elétrica além de armazenamento de dados, conexão wireless e um baixo tempo de aquisição da curva.

Os principais métodos para caracterizar eletricamente o módulo FV são: a) Resistor variável;

b) Capacitivo;

c) Fonte de 4 quadrantes; d) Conversor dc-dc; e) Carga eletrônica.

O método por resistor variável é o mais simples dos métodos citados, pois envolve apenas a conexão de um resistor (geralmente um reostato) como carga para o módulo. A variação da resistência de zero a um valor elevado tendendo a infinito é a forma como o método adquire os pontos do curto-circuito ao circuito aberto. As principais vantagens deste método são: um baixo custo de implementação e sua simplicidade. Devido à variação da resistência não ser automática pode ocorrer de a caracterização demorar um tempo elevado inviabilizando a medição em campo. A irradiância pode variar bruscamente num intervalo de tempo de alguns segundos. Pontos medidos em situações de irradiância solar e temperatura diferentes são considerados fora de uma mesma curva IxV. Assim, este método se limita a medições em laboratório sob condições controladas de irradiância e temperatura ou medições

em campo sob condições de irradiância e temperatura constantes. Outro fator negativo deste método é a limitação de potência, pois o resistor conectado ao módulo deve ser capaz de dissipar toda a potência fornecida pelo mesmo. Isso limita o método a aplicações com poucos módulos, pois não existem resistores com capacidade de dissipar grandes quantidades de potência referentes a grandes painéis.

Um dos principais métodos utilizados no mercado em traçadores de curva IxV é o capacitivo que consiste no uso de um conjunto de capacitores como carga para o módulo. A caracterização é realizada durante o transiente de carregamento dos capacitores, inicialmente os capacitores descarregados funcionam como um curto-circuito e após serem carregados funcionam como um circuito-aberto. A principal vantagem deste método é o pequeno tempo de aquisição de dados que segundo (MUÑOZ; LORENZO, 2006) pode durar algumas dezenas de milissegundos. Outra vantagem é a capacidade de caracterização de vários módulos com uma potência elevada, pois capacitores podem armazenar grandes quantidades de energia. A desvantagem é o custo alto devido aos sistemas de controle e proteção para carregamento e descarregamento dos capacitores.

Na Figura 21 é mostrado o esquemático de funcionamento do método.

Figura 21 – (a) Esquemático geral do método capacitivo, (b) transiente de carregamento do capacitor onde a

curva IxV é caracterizada

Fonte: Adaptada de (MUÑOZ; LORENZO, 2006)

A fonte de 4 quadrantes é outro método que dentre os 5 citados é o mais sofisticado, pois consegue medir grandes quantidades de potência além de possuir a capacidade de caracterização de vários módulos em poucas dezenas de milissegundos. A fidelidade do método é elevada devido a este baixo tempo de caracterização. Outro fator importante do método é a complexidade na instrumentação devido ao uso de multímetros digitais que devem ser programados para medir centenas de pontos em milissegundos. O método utiliza uma fonte especial que pode ser utilizada tanto como fonte quanto como carga. Esta fonte polariza o módulo com um sinal de tensão programado em forma de rampa e os

valores de correntes e tensão são lidos em multímetros de disparo instantâneo. A característica marcante deste método que o faz preferido entre os fabricantes de módulos FV é a capacidade de medir a curva IxV tanto no primeiro quadrante quanto no segundo e no quarto. Esta característica muitas vezes é importante para obtenção de valores exatos de corrente de curto circuito e tensão de circuito aberto. Essas características positivas fazem deste método um dos que possuem maiores custos, principalmente devido ao preço da fonte.

Na Figura 22 é mostrado um traçador de curva IxV construído a partir de uma fonte de 4 quadrantes.

Figura 22 – Traçador de curva IxV construído com fonte de 4 quadrantes

Fonte: (GASPARIN, 2009)

Conversores dc-dc é um método que tem sido utilizado mais frequentemente nos últimos anos com o avanço da eletrônica de potência. Consiste no uso de um conversor que é conectado entre o módulo e uma carga. A variação de duty-cycle do conversor é capaz de simular a variação da carga traçando a curva IxV em um intervalo pequeno de tempo da ordem de centenas de milissegundos. As principais vantagens deste método são: o custo razoável devido ao conversor não exigir equipamentos sofisticados e a modularidade proporcionada pelo mesmo. Um fator negativo deste método é a introdução de ripple na corrente medida devido ao chaveamento em alta frequência.

Na Figura 23 é mostrado o esquemático do conversor utilizado por (DURÁN et al., 2012).

Figura 23 – Conversor SEPIC utilizado por (DURÁN et al., 2012) para caracterização de módulos FV

Fonte: (DURÁN et al., 2012)

O último método é o mais encontrado na literatura devido a sua simplicidade e custo razoável. Consiste na utilização de um transistor (geralmente um MOSFET) como carga para o módulo FV. A partir de uma variação adequada do sinal de gate é possível controlar a abertura ou o fechamento da chave fazendo-a trabalhar na região ativa. A caracterização é realizada com a intersecção das curvas características do modulo FV e do transistor. Uma desvantagem deste método é que a curva IxV não pode ser caracterizada nas regiões de corte e ôhmica. Outro fator negativo é o fato que o método se limita a poucos módulos devido a não existirem transistores que dissipem grandes quantidades de potência num curto intervalo de tempo. Em (BELMILI et al., 2010) é mostrado um método de alocação de vários MOSFET’s em paralelo para aumentar a capacidade de dissipação de potência.

Na Figura 24 é mostrada a intersecção das curvas características de um MOSFET e de um módulo FV, com a adequada variação do sinal de gate é possível adquirir todos os pontos da curva IxV do módulo FV.

Figura 24 – Intersecção das curvas IxV do MOSFET (em azul) e do módulo FV (em vermelho)