Diseño de un estimador de irradiancia solar de bajo costo basado en el comportamiento dinámico de la resistencia interna de un panel fotovoltaico

Abstract

La implementación de estrategias de operación y mantenimiento en sistemas fotovoltaicos de pequeña y mediana escala están limitadas por la ausencia de mediciones de irradiancia asequibles, ya que la inversión en piranómetros comerciales (500 – 1500 USD) resulta poco accesible. El objetivo de esta investigación es diseñar y validar, a nivel de simulación, una metodología para la estimación de irradiancia (W m⁻²) basada en la dinámica de la resistencia interna de un módulo fotovoltaico, buscando sentar las bases para un futuro sensor virtual de bajo costo. En el desarrollo de la presente tesis se realiza el modelado del módulo fotovoltaico SIEMENS SM50-H, integrado a un convertidor CC-CC Boost con un algoritmo MPPT Perturbar & Observar. El sistema completo se evalúa en MATLAB/Simulink bajo tres escenarios que cubren el dominio operativo IEC 61853-1: (i) irradiancia escalonada, (ii) perfil gaussiano isotérmico y (iii) perfil gaussiano con un salto térmico acoplado (25 °C a 55 °C). Los resultados de la simulación evidencian que el estimador alcanza un coeficiente de determinación R² ≥ 0.997 y un error cuadrático medio (RMSE) máximo de 10.7 W m⁻² (≈ 1.6 %). Estos valores, obtenidos en un entorno controlado, sugieren que el rendimiento potencial del método es comparable al de un piranómetro de clase A. Se concluye que la resistencia interna dinámica funciona como un potencial observador indirecto de la irradiancia.