• Títol: Modelling an Innovative Shading System Integrating PV = Modelación de un sistema de sombreado innovador integrando FV
• Autor: Balaguera Cañola, Daniel Alberto
• Publicació original: 2017
• Descripció física: PDF
• Nota general:
  • Milán (Italia)
• Notes de reproducció original: Digitalización realizada por la Biblioteca Virtual del Banco de la República (Colombia)
• Notes:
  • Resum: The use of PV system as an alternative for electricity generation purposes has increased during the past years, as well as its inclusion into the architectural design based on BIPV concepts. Therefore, forecasting power produced by those kind of PV plants is fundamental for the reliability, safety and stability of the grid, and for the optimization of the design and of the control strategy of such systems. For these reasons, in this project it has been developed a model which represents the dynamic performance of an innovative external shading device, that allows PV integration. First, a suitable model to determinate the incident irradiance over a tilted surface for any day of the year was set, starting from the general solar radiation theory, considering the second order effects provoked by the angular losses and the spectral shift. Consequently, from such irradiance, it has been designed a suitable PV model characterized by a five-parameter model, which is able to forecast the power generated with a good accuracy level. Such PV model was extended in order to consider shading effects, i.e. non-uniform irradiance over different cells, since the aim was to develop a model able to represent the behavior of a PV array integrated on an external shading device. Furthermore, a suitable optical model was developed to predict the performance of the shading device, with a curved geometry and the possibility to use any combination of surface material. Subsequently, as the idea of the project is to forecast output power for any geometry, it has been designed a case study following a special geometry, which is based on an innovative external shading device designed by the architect Pietro Franchi and the engineer Stefano Rui. An experimental apparatus was set up in order to study the impact of shades on the cells under different configurations of the shading device and validate the PV model. Therefore, a prototype of a generic lamella system, which might emulate some geometric configuration and features of the innovative external shading device, was mounted on the roof of the Energy Department of the Politecnico di Milano. The prototype corresponds of two lamellas, in two separate levels, over each lamella is placed a flexible monocrystalline PV panel. Thus, by evaluating the PV production under different conditions, such as the position and inclination of the lamellas, the PV model was validated against measurements. Finally, a control strategy has been proposed to regulate the external shading device to maintain a sufficient daylight level in the room containing overheating risk and exploiting PV generation. Such analysis allowed to quantify the performances of the innovative BIPV system in terms of hours of daylight exploitation, PV production and effective shading capability to ensure solar control. El uso de los sistemas fotovoltaicos como alternativa para la generación de electricidad se ha venido incrementado durante los últimos años, así como su inclusión en el diseño arquitectónico basado en conceptos BIPV. Por lo tanto, la previsión de la potencia producida por este tipo de plantas fotovoltaicas es fundamental para la confiabilidad, seguridad y estabilidad de la red, así como la optimización del diseño y de la estrategia de control de dichos sistemas. Por estas razones, en este proyecto se ha desarrollado un modelo que representa el desempeño dinámico de un dispositivo innovador de sombreado externo, que permite la integración de sistemas FV. Primero, se estableció un modelo adecuado para determinar la irradiancia incidente sobre una superficie inclinada para cualquier día del año, partiendo de la teoría general de la radiación solar, considerando los efectos de segundo orden provocados por las pérdidas angulares y el desplazamiento espectral. En consecuencia, a partir de dicha irradiancia, se ha diseñado un modelo fotovoltaico adecuado, caracterizado por un modelo de cinco parámetros, que es capaz de pronosticar la potencia generada con un alto nivel de precisión. Dicho modelo fotovoltaico se amplió para considerar los efectos de sombreado, es decir, la irradiancia no uniforme sobre diferentes celdas, ya que el objetivo era desarrollar un modelo capaz de representar el comportamiento de una matriz fotovoltaica integrada en un dispositivo de sombreado externo. Además, se desarrolló un modelo óptico adecuado para predecir el rendimiento del dispositivo de sombreado, con una geometría curva y la posibilidad de utilizar cualquier combinación de material de superficie. Posteriormente, como la idea del proyecto es pronosticar la potencia de salida para cualquier geometría, se ha diseñado un caso de estudio siguiendo una geometría especial, que se basa en un innovador dispositivo de sombreado externo diseñado por el arquitecto Pietro Franchi y el ingeniero Stefano Rui. Se instaló un aparato experimental para estudiar el impacto de las cortinas en las celdas bajo diferentes configuraciones del dispositivo de sombreado y validar el modelo PV. Por lo tanto, se montó en el techo del Departamento de Energía del Politecnico di Milano un prototipo de un sistema de láminas genérico, que podría emular alguna configuración geométrica y características del innovador dispositivo de sombreado externo. El prototipo corresponde a dos laminillas, en dos niveles separados, sobre cada lamela se coloca un panel fotovoltaico monocristalino flexible. Por lo tanto, al evaluar la producción fotovoltaica en diferentes condiciones, como la posición y la inclinación de las laminillas, se validó el modelo fotovoltaico frente a las mediciones. Finalmente, se ha propuesto una estrategia de control para regular el dispositivo de sombreado externo para mantener un nivel de luz natural suficiente en la habitación que contenga el riesgo de sobrecalentamiento y aproveche la generación fotovoltaica. Dicho análisis permitió cuantificar el rendimiento del innovador sistema BIPV en términos de horas de explotación de la luz del día, producción fotovoltaica y capacidad de sombreado eficaz para garantizar el control solar.
  • © Derechos reservados del autor
  • Colfuturo
• Forma/gènere: Tesi
• Idioma: castellano
• Institució origen: Biblioteca Virtual del Banco de la República
• Encapçalament de matèria:
  • BIPV; Shading system; PV System; Modelling; Sistema de sombreado; Sistema FV; Modelación
  • Tecnología; Tecnología / Ingeniería y operaciones afines; Tecnología / Ingeniería y operaciones afines / Otras ramas de la ingeniería

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