ENERGIAS RENOVABLES

1. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI-SPES), Piura, 10-14.11.2014
SISTEMA AUTOMÁTICO DE MONITOREO PARA EVALUAR EL
COMPORTAMIENTO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
A CONDICIONES REALES DE MEDICIÓN
Víctor Luis Nakama Martínez – vctrnkm@hotmail.co.jp
Universidad Nacional de Ingeniería – Centro de Energías Renovables y uso Racional de la Energía
José Vicente Muñoz Diez - jmunoz@ujaen.es
Universidad de Jaén (España), Departamento de Ingeniería Electrónica y Automática
Rafael Espinoza Paredes - respinoza@uni.edu.pe
Universidad Nacional de Ingeniería – Centro de Energías Renovables y uso Racional de la Energía
Manfred Horn - mhorn@uni.edu.pe
Universidad Nacional de Ingeniería – Facultad de Ciencias
Juan de la Casa Higueras - delacasa@ujaen.es
Universidad de Jaén (España), Departamento de Ingeniería Electrónica y Automática
Resumen. Los diseñadores de sistemas fotovoltaicos utilizan la información sobre el comportamiento eléctrico de los
módulos fotovoltaicos para mejorar sus diseños y hacer instalaciones fotovoltaicas más fiables. La medición de estos
valiosos datos a sol real no se suele realizar debido a que es necesario el uso de algún tipo de sistema de medición
automático para hacer frente a una campaña experimental donde un elevado número de módulos fotovoltaicos han de
ser ensayados. La fiabilidad de estos sistemas automáticos de medida suele ser la principal preocupación a la hora de
proceder a su diseño, especialmente cuando se tiene que llevar a cabo un largo proceso experimental. En este trabajo
se expone como proceder al diseño de un sistema automático de monitorización, robusto y fiable, capaz de evaluar el
comportamiento eléctrico a sol real de un módulo fotovoltaico. El sistema de medida está compuesto de varias
unidades funcionales por medio de las cuales no solo la curva corriente-tensión (I-V, en adelante) es registrada, sino
también las variables meteorológicas.
Palabras-clave: Módulo FV, Monitorización, Caracterización eléctrica, Curva I-V.
1. Introducción
La evaluación de la respuesta eléctrica a sol real de un módulo o un generador fotovoltaico es esencial no solo para
conocer cuál será la energía producida por este, sino también por razones de seguridad. Con el fin de comprobar el
correcto funcionamiento de un módulo fotovoltaico se debe trazar la curva I-V del mismo, varios informes técnicos
ampliamente referenciados en la literatura (IEC 1829, 1995; G.Blesser y D. Munro, 1995) así lo recomiendan.
A pesar de su importancia y hasta donde conocemos, el número de dispositivos comerciales de medida para trazar
la curva I-V de módulos fotovoltaicos de forma automática es reducido (C. Podewils, J. Neuenstein, 2009). En general,
la mayoría de estos instrumentos están pensados para llevar a cabo una medición in situ, pero no están diseñados para
realizar una larga campaña experimental. En la mayoría de los casos, las características de hardware de los dispositivos
comerciales – sin canales adicionales para incorporar más variables meteorológicas – o de software, hacen poco factible
el desarrollo de largas campañas experimentales. En este sentido, los ingenieros y científicos encuentran un problema al
elegir o diseñar un sistema de medición capaz de evaluar el comportamiento a sol real de un módulo fotovoltaico - o
pequeña asociación de estos - especialmente cuando la curva I-V de dicho dispositivo y un gran número de parámetros
meteorológicos tienen que ser registrados al mismo tiempo. Así, un novedoso sistema de medida automático capaz de
caracterizar la respuesta eléctrica de un módulo fotovoltaico y registrar al mismo tiempo parámetros meteorológicos ha
sido construido y ensayado.
Este novedoso sistema capaz de graficar la curva I-V de un módulo fotovoltaico ha sido instalado por la
Universidad de Jaén (España) en convenio con el Centro de Energías Renovables y uso Racional de la Energía de la
Universidad Nacional de Ingeniería de Lima, como parte del proyecto de cooperación internacional sobre transferencia
tecnológica en energía fotovoltaica titulado: “Emergiendo con el Sol. Apoyo institucional al Centro de Energías
Renovables de la Universidad Nacional de Ingeniería, en el campo de la generación de energía eléctrica, empleando
tecnología fotovoltaica”. Los datos obtenidos por el sistema son claves para analizar la influencia de los parámetros
ambientales en el comportamiento en condiciones reales de operación de los módulos fotovoltaicos

2. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI-SPES), Piura, 10-14.11.2014
1.1 Propósito del documento
El objetivo de este documento es presentar un sistema automático de medida construido para evaluar el
comportamiento eléctrico en condiciones reales de operación de los módulos fotovoltaicos.
2. Configuración Experimental
El referido sistema experimental de medida fue inaugurado el 09/06/14 y puesto en marcha en la ciudad de Lima,
Perú (12º02’06’’S, 77º01’07’’O, 154 msnm), que posee un clima particular siendo este subtropical y con una energía
solar diaria promedio anual de 5.13 kWh/m2
(CER-UNI, 2005). De esta manera, la curva I-V junto con los parámetros
ambientales vienen siendo registrados automáticamente cada 5 minutos. Actualmente la campaña experimental
desarrollada se centra en el estudio de la respuesta eléctrica de módulos fotovoltaicos monocristalinos, aunque el
estudio se puede hacer extensivo a otras tecnologías.
El sistema utilizado consta de 2 partes:
Una estructura metálica instalada en la azotea del Laboratorio de Energía de la Facultad de Ingeniería
Mecánica de la Universidad Nacional de Ingeniería que aloja el módulo a ser ensayado. Tres sensores de
temperatura (dos para medir la temperatura del módulo en diversos puntos de este y uno para medir la
temperatura ambiente). Por último, el sistema también cuenta con dos células calibradas, una para medir la
irradiancia horizontal y otra para medir la irradiancia coplanar. Todo este conjunto se muestra en la figura 1.
Una serie de dispositivos para el control, medición, y almacenamiento de datos. Una PC para configurar el
proceso de medición y visualizar los datos registrados. Dos multímetros digitales, uno para corriente y otro
para tensión. Finalmente, contamos con un data logger para el almacenamiento de los parámetros
meteorológicos y la sincronización de la carga capacitiva con los multímetros. Los referidos dispositivos se
encuentran ubicados en una oficina acondicionada para alojar dichos equipos, tal y como se muestra en la
figura 2.
Figura 1: Montaje experimental. Módulo fotovoltaico ensayado.
Figura 2: Montaje experimental. Instrumentos de medición y prueba.

3. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI-SPES), Piura, 10-14.11.2014
1.1 Propósito del documento
El objetivo de este documento es presentar un sistema automático de medida construido para evaluar el
comportamiento eléctrico en condiciones reales de operación de los módulos fotovoltaicos.
2. Configuración Experimental
El referido sistema experimental de medida fue inaugurado el 09/06/14 y puesto en marcha en la ciudad de Lima,
Perú (12º02’06’’S, 77º01’07’’O, 154 msnm), que posee un clima particular siendo este subtropical y con una energía
solar diaria promedio anual de 5.13 kWh/m2
(CER-UNI, 2005). De esta manera, la curva I-V junto con los parámetros
ambientales vienen siendo registrados automáticamente cada 5 minutos. Actualmente la campaña experimental
desarrollada se centra en el estudio de la respuesta eléctrica de módulos fotovoltaicos monocristalinos, aunque el
estudio se puede hacer extensivo a otras tecnologías.
El sistema utilizado consta de 2 partes:
Una estructura metálica instalada en la azotea del Laboratorio de Energía de la Facultad de Ingeniería
Mecánica de la Universidad Nacional de Ingeniería que aloja el módulo a ser ensayado. Tres sensores de
temperatura (dos para medir la temperatura del módulo en diversos puntos de este y uno para medir la
temperatura ambiente). Por último, el sistema también cuenta con dos células calibradas, una para medir la
irradiancia horizontal y otra para medir la irradiancia coplanar. Todo este conjunto se muestra en la figura 1.
Una serie de dispositivos para el control, medición, y almacenamiento de datos. Una PC para configurar el
proceso de medición y visualizar los datos registrados. Dos multímetros digitales, uno para corriente y otro
para tensión. Finalmente, contamos con un data logger para el almacenamiento de los parámetros
meteorológicos y la sincronización de la carga capacitiva con los multímetros. Los referidos dispositivos se
encuentran ubicados en una oficina acondicionada para alojar dichos equipos, tal y como se muestra en la
figura 2.
Figura 1: Montaje experimental. Módulo fotovoltaico ensayado.
Figura 2: Montaje experimental. Instrumentos de medición y prueba.

4. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI-SPES), Piura, 10-14.11.2014
La información meteorológica registrada, así como la curva I-V se guardan en un archivo específico una vez que el
proceso de medición ha terminado. Para concluir el proceso de monitoreo, los datos registrados de corriente y voltaje
son graficados en la pantalla del PC, así como la información meteorológica, tal y como se muestra en la figura 4.
Figura 4: Captura de pantalla de la pestaña principal de la interfaz gráfica de usuario desarrollado en LabView
4. Resultados
El resultado principal de este trabajo es el desarrollo y ensayo de un sistema de control automático para la
caracterización en condiciones reales de operación de módulos fotovoltaicos. Las características del sistema de
monitorización mencionado son la flexibilidad, modularidad, fidelidad y rápida respuesta. Además, la interfaz
gráfica de usuario - integrada en este sistema - permite visualizar en la pantalla el valor de las variables
registradas al mismo tiempo que se están midiendo. Por lo tanto, el referido sistema de medida permite estudiar
la influencia de la temperatura del módulo y de los parámetros medio ambientales en el desempeño de los
mismos.
A partir de los datos registrados por el sistema de medición instalado, se ha desarrollado un programa en
LabView capaz de trasladar la curva I-V obtenida en condiciones reales de operación a condiciones estándar de
medida; dicho programa utiliza distintos métodos de traslación. Registra en un archivo los pares I-V de la
curva trasladada y los puntos importantes de esta. Así mismo genera un reporte final que recopila los
resultados obtenidos.
A continuación se muestra un resumen de las características más relevantes del sistema de seguimiento
mencionado:
El sistema incluye un novedoso diseño de carga capacitiva capaz de trazar la curva I-V de un módulo
fotovoltaico o asociación de estos, siendo los rangos de tensión y corriente máximos de funcionamiento de
200 V y 12 A, respectivamente.
Dos multímetros comerciales disparados por un trigger externo son utilizados para registrar los pares (I-V),
asegurando la exactitud y la sincronización de las mediciones.
Un programa elaborado en LabView con un panel de control intuitivo es utilizado para controlar y grabar todas
las mediciones.

5. XXI Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXI-SPES), Piura, 10-14.11.2014
5. Conclusiones
Este trabajo presenta un sistema de medida automatizado capaz de evaluar el comportamiento en condiciones
reales de operación de módulos fotovoltaicos y arrays de pequeña potencia. Este sistema proporciona los datos
experimentales necesarios para analizar el comportamiento eléctrico de diferentes tipos de tecnologías
fotovoltaicas, así como la dependencia de dicha respuesta eléctrica con las variables meteorológicas. Por lo
tanto, la evaluación de la respuesta eléctrica de los módulos fotovoltaicos en condiciones reales se puede llevar
a cabo con éxito.
Hasta donde conocemos el sistema experimental constituido, es el primer sistema automático de evaluación del
comportamiento de módulos fotovoltaicos en condiciones reales de operación en el Perú.
El costo aproximado del sistema de medición (sin incluir la estructura metálica e instalación) es ronda los ocho
mil dólares ($ 8000.00).
6. Referencias
C. Elliott, V. Vijayakumar, W. Zink,R. Hansen. National Instruments LABVIEW: A Programming Environment for
Laboratory Automation and Measurement, Journal of the Association for Laboratory Automation 12 (2007) 17–24.
Centro de Energías Renovables y uso Racional de la Energía de la Universidad Nacional de Ingeniería (CER-UNI).
Estudio Sobre la Situación Actual de las Energías Renovables del País y su Perspectiva de Desarrollo en el Mercado
Energético Nacional. 2005.
C. Podewils J.Neuenstein. Los modulos y sus curvas.Photon. La revista de fotovoltaica (Spanish edition), pages 54--71,
November 2009.
G.Blesser and D.Munro. Guidelines for Assessment of Photovoltaic Plants. Document A. Initial and periodic test on PV
plants. Report EUR 16340 EN. Issue 2 (1995).
IEC 1829. Crystalline silicon photovoltaic PV array-on-site measurement of I–V characteristics.Geneve. International
Electrotechnical Commission IEC; 1995.