Modelica models of PV elements for system level simulation and control studies

As the renewable energy became essential and competitive source of energy, new simulation models are needed to help comparing the feasibility of using renewable energy sources with the grid and discuss its connection and energy optimization problems in a simple and clear way. This thesis presents a number of models for modelling, simulation and control of a photovoltaic system, equipped with battery and inverter to be connected to AC loads directly or to be synchronized with the electric network. The models are realized in Modelica, in order to create a useful library that compare the technical issues related to PV systems in connection with the grid and also can be integrated with similar Modelica models developed in the future. After an introduction to describe the problem, explain the work motivation and discussing the basis of modelling of each component, the approximations done were explained and justified in order to give a reasonable balance between the modelling details and computational time. Some simulation examples were applied and commented to justify the results and confirm the objectives of the models were achieved.

La crescente importanza e competitività delle fonti energetiche rinnovabili richiede modelli di simulazione adatti alla valutazione del loro impiego nel contesto delle reti in modo affidabile e computazionalmente efficiente. Questa tesi presenta modelli siffatti per i principali elementi dei sistemi fotovoltaici, con particolare riferimento a pannelli, batterie e inverter, atti allo studio di sistemi sia isolati che connessi alla rete elettrica. I modelli sono realizzati in Modelica e pensati per ampliare di una libreria di dimensioni più ampie, rendendola adatta a studiare le maggiori questioni tecniche relativi ai sistemi fotovoltaici in rete e mantenendola flessibile a fronte di sviluppi futuri. Dopo un'introduzione che descrive il problema, motiva il lavoro e discute le basi della modellistica di ciascuno dei componenti trattati, le approssimazioni introdotte vengono discusse e giustificate nell'ottica di un ragionevole bilanciamento tra complessità ed efficienza computazionale. Si riportano e si commentano alcuni esempi di simulazione per dimostrare la correttezza dei risultati e l'ottenimento degli obiettivi modellistici prefissati.