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RESUMEN DE LA TESIS DOCTORAL
Identificación de la tesis :
1. Título: Simulación y Gestión Energética en Sistemas Fotovoltaicos Autónomos
2. Autor: Andreu Moreno Vendrell
3. Director: Luís Castañer Muñoz
4. Nombre del director del departamento universitario que avala la calidad de la tesis: Ramón Alcubilla
Barcelona, 30 de marzo de 2000
Andreu Moreno Vendrell
1
1. Objetivos

Ampliar i validar una librería de componentes para simular un sistema fotovoltaico con un simulador
de circuitos estándar.

Implementar una instalación fotovoltaica flexible en el laboratorio que permita configurar fácilmente
varios sistemas fotovoltaicos y medir la evolución de las principales variables.

Desarrollar una metodología de diseño que aproveche la posibilidad de disponer de una librería para
un simulador de circuitos estándar, con el objetivo final de aumentar tanto la fiabilidad de las
instalaciones como el conocimiento del comportamiento de cada instalación implementada.

Utilizar el conocimiento obtenido con la metodología para desarrollar un controlador que permita
optimizar la gestión energética. El objetivo final es aumentar el confort de usuario recurriendo a la
lógica borrosa como plataforma para implementar este controlador, que se verificará tanto con
simulaciones como experimentalmente en la instalación fotovoltaica flexible.
2. Metodología
La madurez alcanzada por la tecnología fotovoltaica y sus aplicaciones permiten una mejor penetración de
la electricidad solar en el panorama energético mundial. Muchos son los aspectos de la ingeniería fotovoltaica
insuficientemente analizados en la actualidad y que adquieren relevancia en aplicaciones que deben se cada
día más fiables. La ingeniería dispone de herramientas potentes que deben permitir una mejor predicción del
funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos, principalmente herramientas de simulación que no han sido
suficientemente explotadas en este campo. Por otro lado el diseño y dimensionado de los sistemas PV se
pueden ver muy beneficiados del uso de simuladores que incorporen modelos precisos y validados en el
laboratorio.
Este trabajo aporta precedimientos y resultados en diseño y simulación que han servido de base para
desarrollar como principal dos algoritmos de control que optimizan la gestión de las cargas en una instalación
fotovoltaica autónoma y permiten reducir el tamaño de un sistema fotovoltaico. El primer algoritmo tiene su
principio de funcionamiento en la discriminación de cargas en función de su prioridad cuando la
disponibilidad de energía es escasa, permitiendo prolongar el suministro de las más prioritarias. El segundo
control añade al anterior predicciones de radiación y consumo junto con una técnica avanzada de control, el
Control Borroso, para conseguir adaptarse mejor a la dinámica del sistema. Estos dos controladores responden
a la imposibilidad de utilizar métodos clásicos de control para gestionar el consumo en un sistema fotovoltaico
debido a su naturaleza no lineal.
3. Descripción fases de trabajo
2

Diseño e implementación de una instalación fotovoltaica autónoma flexible.

Ampliar i validar una librería de componentes para simular un sistema fotovoltaico con un simulador
de circuitos estándar, especialmente el de la batería y las cargas típicas en un entorno doméstico:
lavadora, nevera y alumbrado.

Implementación de una metodología de extracción de parámetros de los modelos.

Verificación experimental de los modelos desarrollados.

Desarrollo de los algoritmos que se utilizarán para gestionar el consumo de un sistema fotovoltaico.

Simulación de los algoritmos: verificación funcional.

Implementación experimental: Resultados preliminares experimentales.

Extracción de conclusiones.
4. Resultados

La metodología de diseño desarrollada permite ajustar mejor el tamaño final del sistema en base a
conocer el comportamiento del sistema con simulaciones detalladas.

Los modelos desarrollados se han ajustados a los datos medidas con un error inferior al 1 %.

Con los dos algoritmos de gestión de consumo desarrollados, se consigue mejorar la distribución de la
energía disponible en función de la importancia de cada carga para el usuario final.

Se ha constatado la necesidad de redefinir el significado de la probabilidad de pérdida de carga (LLP)
en una nueva modalidad que incorpora factores de ponderación que dependen de la prioridad de cada
carga.

Con los dos algoritmos de gestión de consumo se consigue una reducción del tamaño del sistema si se
pretende conservar el mismo valor de la LLP ponderada.

Los resultados experimentales preliminares han constatado el mismo comportamiento observado en la
simulaciones.
5. Conclusiones
3

Se ha presentado una nueva metodología de diseño de sistemas fotovoltaicos que utiliza dos métodos
de simulación como elementos básicos: Simulación Global y Simulación Detallada. Como otras
aplicaciones de la simulación se han apuntado el diseño de gestores inteligentes de consumo y
sistemas de supervisión automáticos

Se ha desarrollado una librería de componentes básicos de un sistema fotovoltaico para realiza
Simulaciones Detalladas con el simulador de circuitos estándar SPICE, destacando la adaptación del
modelo de batería y modelos de cargas domésticas típicas como alumbrado, refrigerador y lavadora
validados experimentalmente.

Se ha implementado el método de Levenberg – Marquardt de extracción de parámetros en el
simulador universal Matlab, realizando la adaptación necesaria de los modelos.

Se han desarrollado dos estrategias de gestión de consumo que permiten optimizar la utilización de la
energía que realiza el usuario y subdimensionar el tamaño del sistema fotovoltaico. El primer
controlador, el más básico, se basan en la introducción de un nuevo parámetro denominado esperanza
instantánea de suministro, que indica una estimación del tiempo que el sistema podrá mantener el
consumo actual. El segundo controlador incorpora predicciones de radiación y consumo para
adaptarse mejor a la dinámica del sistema utilizando Lógica Borrosa como plataforma de
implementación.

Se ha realizado una nueva metodología de diseño que incorpora simulación con control difuso, que
permite disminuir el tamaño del sistema fotovoltaico para el mismo consumo y misma fiabilidad,
sobre la base de un nuevo concepto de la probabilidad de pérdida de carga ponderada.

El interés del trabajo realizado resulta de especial interés para mejorar el diseño de sistemas
fotovoltacos y las metodologías de gestión de consumo son directamente aplicables en la mejora de
los reguladores de sobrecarga y sobredecarga comerciales.
6. Nuevas líneas

Desarrollar nuevos modelos, especialmente un modelo dinámico de la batería de ácido plomo que
permita conocer el estado de carga de la batería con mayor exactitud.

Implementar los algoritmos de gestión de consumo en un sistema permanente para obtener resultados
en periodos largos.

Implementar los algoritmos en un sistema comercial.
7. Publicaciones
4

A.Moreno, S.Silvestre, J.Julve and L.Castañer, “Detailed simulation methodology for PV systems”,
2nd World Conference and Exhibition on Photovoltaics Solar Energy Conversion, 3, 3215-3218, Viena
(1998).

S.Silvestre, A.Moreno, J.Julve and L.Castañer, "Diseño de un sistema de medida de características I-V
de módulos fotovoltaicos en entorno LabView". Libro de Actas del Seminario Anual de Automática y
Electrónica Industrial e Instrumentación, SAAEI´98, págs. 591-593, Pamplona (1998).

S. Silvestre, D. Guasch, A. Moreno, J. Julve and L. Castañer."Characteristics of solar cells simulated
using Matlab". CDE-99 - Segunda conferencia de dispositivos electrónicos, Pág. 275-278, Madrid
(1999).

S. Silvestre, D. Guasch, A. Moreno, J. Julve and L. Castañer. "A comparison on modelling and
simulation of PV systems using Matlab and Spice". 11th PVSEC -International Photovoltaic Science
and Engineering Conference, Sapporo (1999).

S.Silvestre, A.Moreno, J.Julve and L.Castañer, "Sistema de monitorización de circuitos electrónicos
alimentados con células solares desarrollado en entorno LabView ". Libro de Actas del Seminario
Anual de Automática y Electrónica Industrial e Instrumentación, SAAEI´99, págs. 195-197, Madrid
(1999).

A. Moreno, J. Julve, S. Silvestre and L. Castañer, ‘SPICE Macromodeling of Photovoltaic Systems’,
Progress in Photovoltaics, saldrá publicado en el numero de marzo - abril, (2000).

A. Moreno, J. Julve, S. Silvestre
and L. Castañer, ‘A New Load Dispatch Strategy Based on
Evaluating the Supply Expectancy’, se presentará en el 16th European Photovoltaic Solar Energy
Conference, Glasgow (2000).
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