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UNIVERSIDADE FEDERALCENTRO DE TECNOLOGIA

GRADUAÇÃO EM ENGENHA

CONVERSOR CC-POR PAINÉIS FOTOVOLTAICO

GERAÇÃO DISTRIBUIDA

Dante

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

-CC BOOST COM MPPT ALIMENTADO

PAINÉIS FOTOVOLTAICOS PARA APLICAÇÃO EM GERAÇÃO DISTRIBUIDA

Dante Victor Shimoda Pereira

Fortaleza, dezembro de 2010

RIA ELÉTRICA

ALIMENTADO S PARA APLICAÇÃO EM

ii


CONVERSOR CC-CC BOOST COM MPPT ALIMENTADO POR PAINÉIS FOTOVOLTAICOS PARA APLICAÇÃO EM


Monografia submetida à Universidade Federal do

Ceará como parte dos requisitos para obtenção do

grau de Graduado em Engenharia Elétrica.

Orientador: Prof. Dr. René Pastor Torrico

Bascopé


iii




Esta monografia foi julgada adequada para obtenção do titulo de Graduado em

Engenharia Elétrica, Área de concentração em Eletrônica de Potência e Acionamento, e

aprovada em sua forma final pelo Departamento de Graduação em Engenharia Elétrica da

Universidade Federal do Ceará.


iv

“É melhor tentar e falhar, que preocupar-se e ver a

vida passar; é melhor tentar, ainda que em vão, que

sentar-se fazendo nada até o final. Eu prefiro na

chuva caminhar, que, em dias tristes em casa, me

esconder. Prefiro ser feliz, embora louco, que em

conformidade viver...”

Martin Luther King

« La valeur des choses n'est pas dans le temps

qu'elles durent, mais dans l'intensité avec laquelle

ils se produisent... Ainsi, il y a des moments

inoubliables, choses inexplicables et des personnes

incomparables. »

Fernando Sabino

“Geralmente, aqueles que sabem pouco, falam

muito e aqueles que sabem muito, falam pouco.”

Jean Jacques Rousseau

“Get Rich or Die Trying!”

Fifty Cents

v

AGRADECIMENTOS

Nossa natureza prima pela sobrevivência, entretanto a razão nos torna capazes de

estabelecer relações coerentes, além de uma visão globalmente justa, criando relações para

um universo melhor.

Com essa filosofia, estarei sempre em busca de inovações tecnológicas, da formação e

capacitação e de novos profissionais que compartilhem desta linha de raciocínio, contando

desde já com a equipe (Prof. Dr. René Torrico Bascopé, Prof. MSc. Luiz Daniel Bezerra e

Guilherme Hertz) que me apoiou e proporcionou este trabalho.

Desse modo, gostaria de agradecer também aos companheiros e fieis amigos que fiz ao

longo desses cinco anos de Engenharia Elétrica na Universidade Federal do Ceará, os quais

levarei, desde então, junto ao peito.

À minha família (Lucia, Reinaldo e Luciana) e a minha namorada (Lissa Aranha) que

me apoiaram e me deram as condições necessárias para que eu conseguisse conquistar esse

sonho.

Ao Prof. Ricardo Thé e Prof. Victor Aguiar que me proporcionaram a minha primeira

oportunidade de experiência profissional dentro da área de Engenharia Elétrica no laboratório

LAMOTRIZ, em parceria com a COELCE.

Aos grandes e inesquecíveis amigo(a)s que fiz ao longo do meu intercâmbio França

(Paris) / Alemanha (Köln) através do programa BRAFITEC 2009/2010, financiado pela

CAPES, que me proporcionaram um crescimento pessoal imensurável.

A todos,

`â|àÉ buÜ|ztwÉ4`â|àÉ buÜ|ztwÉ4`â|àÉ buÜ|ztwÉ4`â|àÉ buÜ|ztwÉ4

vi

RESUMO

Resumo da monografia apresentada à Universidade Federal do Ceara como parte dos

requisitos para obtenção do Grau de Graduado em Engenharia Elétrica.




A preservação do meio-ambiente, a promoção das fontes de energias renováveis e a

contribuição com a expansão da produção de energia FV no Brasil são os principais

motivadores deste trabalho. O projeto consiste na associação de dois conversores, um

conversor elevador Boost clássico, cujo papel é elevar a tensão dos painéis fotovoltaicos a um

valor de 400Vcc, formando assim um barramento de tensão contínua e um inversor

monofásico do tipo ponte-completa com um filtro L, utilizando modulação do tipo unipolar

para obter a tensão senoidal semelhante à da rede elétrica e sincronizada com esta. O

conversor elevador possui um controle por MPPT, visando retirar a máxima potência dos

painéis. Já o inversor possui um controle analógico com uma malha de corrente interna que

impõe a injeção de corrente na rede elétrica e uma malha de tensão que controla o valor de

tensão no barramento. Este sistema é capaz de converter 210Vcc proveniente de um conjunto

de painéis fotovoltaicos associados em 220Vac e 60Hz. Neste trabalho, é dado enfoque ao

conversor Boost. Este tem seu estudo teórico desenvolvido, exemplo de projeto, e, ao final,

são mostrados os resultados de simulação.

Numero de paginas: 106.

Palavras chaves: Eletrônica de Potência, Cogeração de Energia, Sistemas

Fotovoltaicos, Controle Discreto, MPPT.

vii

ABSTRACT

Abstract of dissertation presented at Federal University of Ceará as fulfillment partial

of the requirements for the Graduated degree in Engineering.

MPPT BOOST DC-DC CONVERTER FED BY PHOTOVOLTAIC PANELS FOR DISTRIBUTED

GENERATION APPLICATIONS


The preservation of the environment, promotion of renewable energy and contributing to the

expansion of PV energy production in Brazil are the main drivers of this work. The study

consists of the combination of two converters, one step-up boost converter whose role is to

raise the PV voltage to a value of 400Vcc, thus forming a DC bus, and a single-phase inverter

bridge-type with a L filter, using the unipolar modulation type to obtain sinusoidal voltage

similar to the power grid and synchronized with it. The boost converter has a MPPT control to

obtain the maximum power from the PV and the inverter current control is based on average

current control mode and the voltage control try to keep the voltage constant in the bus. This

system is capable of converting from 201V DC PV array in 220Vac and 60 Hz. This work

emphasis is the Boost converter. It has the theoretical assumptions, sample design and, finally,

are shown the simulation results of the designer.

Number of pages: 106.

Key words: Power Electronics, Energy Cogeneration, Photovoltaic Systems, Discrete

Control, MPPT.

viii

SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS .......................................................................................................................................... 5

RESUMO .......................................................................................................................................................... 6

ABSTRACT ........................................................................................................................................................ 7

SUMÁRIO ......................................................................................................................................................... 8

LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................................................. 11

LISTA DE TABELAS .............................................................................................................................................. 15

Simbologia ..................................................................................................................................................... 16

Acrônimos e Abreviaturas .............................................................................................................................. 19

INTRODUÇÃO GERAL ........................................................................................................................................ 1

CAPÍTULO 1 ...................................................................................................................................................... 4

1. SISTEMAS MONOFÁSICOS COM ENERGIA FOTOVOLTAICA PARA INTERLIGAÇÃO À REDE – REVISÃO ...... 4

1.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................. 4

1.2 GERAÇÃO DISTRIBUÍDA DE ENERGIA ................................................................................................................... 5

1.3 PAINÉIS FOTOVOLTAICOS ................................................................................................................................. 7

1.3.1 O Módulo Fotovoltaico ..................................................................................................................... 7

1.3.2 Características Elétricas dos Módulos FV ......................................................................................... 9

1.3.3 Detalhamento do Modelo Adotado na Simulação ......................................................................... 10

1.3.4 Condições Ambientais Locais ......................................................................................................... 12

1.4 SISTEMAS FV INTERLIGADOS A REDE ELÉTRICA ................................................................................................... 15

1.5 CONVERSORES PARA APLICAÇÃO EM GERAÇÃO DISTRIBUÍDA ATRAVÉS DE PAINÉIS FOTOVOLTAICOS ............................. 16

1.6 MPPT ....................................................................................................................................................... 19

1.7 TIPOS DE CONTROLE ..................................................................................................................................... 21

1.7.1 Controle por Modo Tensão............................................................................................................. 22

1.7.2 Controle por Modo Corrente Média ............................................................................................... 22

1.7.3 Tipos de Compensadores ............................................................................................................... 24

1.8 ..................................................................................................................................................................... 28

1.9 SISTEMA PROPOSTO ...................................................................................................................................... 28

1.10 CONCLUSÃO ........................................................................................................................................... 29

CAPÍTULO 2 .................................................................................................................................................... 30

2. ANALISE DO CIRCUITO DE POTENCIA DO CONVERSOR BOOST .............................................................. 30

ix

2.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................... 30

2.2 TOPOLOGIA DO CONVERSOR BOOST CLÁSSICO ................................................................................................... 30

2.3 ANALISE QUALITATIVA ................................................................................................................................... 31

2.3.1 Etapas de Funcionamento .............................................................................................................. 32

2.3.2 Formas de Onda ............................................................................................................................. 33

2.3.3 Ganho Estático do Conversor ......................................................................................................... 34

2.4 ANALISE QUANTITATIVA E EXEMPLO DE PROJETO................................................................................................ 35

2.4.1 Especificações do Conversor .......................................................................................................... 35

2.4.2 Considerações ................................................................................................................................ 36

2.4.3 Ganho Estático ............................................................................................................................... 37

2.4.4 Determinação dos Esforços de Tensão e Corrente nos Componentes do Circuito de Potência ...... 38

2.4.5 Dimensionamento dos Componentes ............................................................................................ 40

2.5 CONCLUSÕES ............................................................................................................................................... 41

CAPÍTULO 3 .................................................................................................................................................... 42

3. ANALISE DO CIRCUITO DE CONTROLE DO CONVERSOR BOOST ............................................................. 42

3.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................... 42

3.2 ANALISE DO CIRCUITO DE CONTROLE ................................................................................................................ 43

3.2.1 Funções de Transferência ............................................................................................................... 49

3.3 PROJETO DO CIRCUITO DE CONTROLE ............................................................................................................... 51

3.3.1 Especificações ................................................................................................................................ 51

3.3.2 Dimensionamento dos Componentes do Circuito de Controle ....................................................... 52

3.4 DIMENSIONAMENTO DO MPPT ...................................................................................................................... 62

3.5 CONCLUSÕES ............................................................................................................................................... 65

CAPÍTULO 4 .................................................................................................................................................... 66

4. RESULTADOS DE SIMULAÇÃO................................................................................................................ 66

4.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................... 66

4.2 CIRCUITOS DE SIMULAÇÃO ............................................................................................................................. 69

4.2.1 Malha Aberta ................................................................................................................................. 69

4.2.2 Controle por Modo Corrente Média ............................................................................................... 70

4.2.3 MPPT P&O ...................................................................................................................................... 71

4.2.4 Controle por Modo Corrente Média e MPPT P&O Associados ....................................................... 72

4.3 RESULTADOS DE SIMULAÇÃO .......................................................................................................................... 73

4.3.1 Formas de Onda ............................................................................................................................. 73

4.3.2 Verificação do MPPT ...................................................................................................................... 82

4.4 CONCLUSÕES ............................................................................................................................................... 89

CAPÍTULO 05 .................................................................................................................................................. 91

x 5. INTERLIGAÇÃO DOS ESTÁGIOS E AVALIAÇÃO DO SISTEMA ................................................................... 91

5.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................... 91

5.2 INTERLIGAÇÃO DOS ESTÁGIOS ......................................................................................................................... 91

5.3 SIMULAÇÃO DO SISTEMA INTERLIGADO ............................................................................................................. 92

5.3.1 Circuito de Simulação ..................................................................................................................... 92

5.3.2 Resultados de simulação ................................................................................................................ 95

5.4 ANÁLISE DE HARMÔNICOS E RENDIMENTO DO SISTEMA ....................................................................................... 99

5.5 CONCLUSÃO .............................................................................................................................................. 101

CONCLUSÃO GERAL ...................................................................................................................................... 102

PERSPECTIVA DE TRABALHOS POSTERIORES ................................................................................................ 103

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................................... 104

xi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Mercado FV em 2009. ........................................................................................... 1

Figura 1.1 – Vantagem da geração FV em co-geração [29] ..................................................... 7

Figura 1.2 – Etapas de construção de uma célula FV. ............................................................. 8

Figura 1.3 – Curva caracteristica do módulo. .......................................................................... 9

Figura 1.4 – Características elétricas do painel ou módulo fotovoltaico. ............................... 10

Figura 1.5 – Painel FV no simulador PSIM [20]. .................................................................. 11

Figura 1.6 – Software RadiaSol2 com dados da cidade de Fortaleza. .................................... 13

Figura 1.7 – Irradiação solar ao longo de 1 ano na cidade de Fortaleza. ................................ 14

Figura 1.8 – Temperatura na cidade de Fortaleza ao longo de um ano. .................................. 14

Figura 1.9 – Potência entregue ao painel ao longo de um dia em intervalos horários. ............ 15

Figura 1.10 – Topologia conversor Boost. ............................................................................ 17

Figura 1.11 – Topologia conversor Boost com célula de 3 estados. ....................................... 17

Figura 1.12 – Topologia conversor Sepic. ............................................................................. 18

Figura 1.13 – Topologia conversor Push-Pull alimentado em corrente. ................................ 19

Figura 1.14 – Fluxograma do método P&O. ......................................................................... 20

Figura 1.15 – Diagrama de blocos do controle por modo tensão. .......................................... 22

Figura 1.16 – Diagrama de blocos do controle por modo corrente média. ............................. 23

Figura 1.17 – Circuito e ganho do compensador P. ............................................................... 24

Figura 1.18 – Circuito e ganho do compensador I. ................................................................ 25

Figura 1.19 – Circuito e ganho do compensador P com filtro. ............................................... 26

Figura 1.20 – Circuito e ganho do compensador PI com filtro............................................... 27

Figura 1.21 – Circuito e ganho do compensador PID. ........................................................... 27

Figura 1.22 – Sistema proposto completo, em destaque o estágio analisado neste trabalho. .. 29

Figura 2.1 – Topologia do conversor Boost. ......................................................................... 31

Figura 2.2 – Conversor CC-CC Boost e seu circuito equivalente. ......................................... 32

xii Figura 2.3 – Etapas de funcionamento. ................................................................................. 33

Figura 2.4 – Principais formas de onda do conversor Boost. ................................................. 33

Figura 2.5 – Gráfico ganho estático do conversor Boost ....................................................... 34

Figura 3.1 – Conversor Boost com controle por modo corrente média e compensador PI com filtro. ............................................................................................................... 43

Figura 3.2 – Diagrama de blocos da chave PWM.................................................................. 44

Figura 3.3 – Corrente instantânea e média no terminal “c”.................................................... 45

Figura 3.4 – Corrente instantânea e média no terminal “a”.................................................... 45

Figura 3.5 – Corrente instantânea e média no terminal “p”. .................................................. 46

Figura 3.6 – Tensão instantânea e média entre os terminais “a” e “p”. .................................. 46

Figura 3.7 – Tesão instantânea e média entre os terminais “c” e “p”. .................................... 46

Figura 3.8 - Tesão instantânea e média entre os terminais “a” e “c”. ..................................... 47

Figura 3.9 – Modelo CC da chave PWM. ............................................................................. 47

Figura 3.10 – Modelo CA para pequenos sinais da chave PWM. .......................................... 48

Figura 3.11 – Topologia do conversor Boost para projeto do controle. .................................. 49

Figura 3.12 – Diagrama de Bode do sistema não compensado. ............................................. 54

Figura 3.13 – Curvas de avanço de fase em função do fator k. .............................................. 55

Figura 3.14 – Compensador PI com filtro. ............................................................................ 56

Figura 3.15 – Diagrama de Bode do compensador da malha de corrente. .............................. 57

Figura 3.16 – Diagrama de Bode do sistema compensado. .................................................... 58

Figura 3.17 – Diagrama de Bode do sistema não compensado. ............................................. 59

Figura 3.18 – Diagrama de Bode do compensador da malha de tensão. ................................. 61

Figura 3.19 – Diagrama de Bode do sistema compensado. .................................................... 62

Figura 4.1 – Circuito para simulação em malha aberta .......................................................... 69

Figura 4.2 – Circuito para simulação com controle por modo corrente média. ...................... 70

Figura 4.3 – Circuito para simulação com MPPT P&O. ........................................................ 71

Figura 4.4 - Circuito para simulação com MPPT e controle modo corrente. .......................... 72

xiii Figura 4.5 – Formas de onda das tensões de entrada e saída do conversor. ............................ 73

Figura 4.6 – Formas de onda das potências de entrada e saída do conversor e o fator de potencia na carga não linear. ............................................................................ 74

Figura 4.7 – Formas de onda das correntes de entrada através do indutor L e da carga não linear. .............................................................................................................. 74

Figura 4.8 – Formas de onda das tensões de entrada e saída do conversor. ............................ 75

Figura 4.9 – Formas de onda das potências de entrada e saída. ............................................. 76


Figura 4.11 – Formas de onda das tensões de entrada e saída do conversor. .......................... 77

Figura 4.12 – Formas de onda das potências de entrada e saída. ........................................... 78


Figura 4.14 – Atuação do MPPT devido a variação da radiação solar. .................................. 79

Figura 4.15 – Formas de onda das tensões de entrada e saída do conversor. .......................... 80

Figura 4.16 – Formas de onda das potências de entrada e saída. ........................................... 80


Figura 4.18 – Atuação do MPPT devido a variação da radiação solar. .................................. 81

Figura 4.19 – Circuito de simulação para comparar ganho do MPPT. ................................... 84

Figura 4.20 – Formas de onda das tensões de entrada e saída do conversor na simulação para comparar o ganho do MPPT............................................................................. 85

Figura 4.21 – Formas de onda das potências de entrada e saída do conversor para comparar o ganho do MPPT. .............................................................................................. 86

Figura 4.22 – Detalhe no intervalo adotado para calcular as potências eficazes de entrada e saída do conversor. .......................................................................................... 87

Figura 4.23 – Formas de onda das correntes de entrada e saída do conversor para comparar o ganho do MPPT. .............................................................................................. 88

Figura 4.24 – Sinal de referência gerado pelo MPPT nos casos 1 e 2. ................................... 89

Figura 5.1 – Circuito de simulação do sistema interligado: Estágio Boost. ............................ 92

Figura 5.2 – Circuito de simulação do sistema interligado: Estágio Inversor ......................... 93

xiv Figura 5.3 – Tensão do barramento CC do sistema sem SoftStart. ......................................... 95

Figura 5.4 – Formas de ondas das tensões de entrada e saída do sistema interligado com Softstart. .......................................................................................................... 96

Figura 5.5 – Formas de ondas das potências de entrada e saída do sistema interligado. ......... 96

Figura 5.6 – Formas de onda das correntes de entrada e saída do sistema interligado. ........... 97

Figura 5.7 – Tensão de referência gerado pelo algoritmo MPPT P&O. ................................. 98

Figura 5.8 – Tensão e corrente de saída do sistema interligado (detalhe na defasagem entre elas, provando a injeção de potencia na rede). .................................................. 99

Figura 5.9 – Detalhe na forma de onda da corrente injetada na rede elétrica. ........................ 99

Figura 5.10 – Curva de rendimento do sistema. .................................................................. 100

Figura 5.11 – Fator de potencia da saída do sistema interligado. ......................................... 101

xv

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Arquivo MPPT.h ................................................................................................. 63

Tabela 2 – Arquivo MPPT.c ................................................................................................. 64

Tabela 3 – Descrição das simulações executadas .................................................................. 66

Tabela 4 – Parâmetros do painel FV para simulação. ............................................................ 68

Tabela 5 – Quatro casos para verificar o ganho causado pelo MPPT. .................................... 82

Tabela 6 – Potência recebida e processada pelo conversor Boost na simulação para comparar

eficácia do MPPT. ................................................................................................................ 87

Tabela 7 – Potência recebida pelo conversor e entregue a rede, em W. ................................. 97

xvi

Simbologia

Símbolo Descrição Unid.

x Versão pequenos sinais da variável X -

∆X Indica a diferença entre dois estado da variável X, i.e., variação de X -

A Fator de idealidade do MSPFV -

C Capacitância do capacitor do conversor Boost F

Ci Capacitância do capacitor do painel FV F

Ci(s) Função de transferência do compensador de corrente -

Ct Coeficiente de temperatura do MSPFV A/°C

Cv(s) Função de transferência do compensador -

D Razão cíclica do Boost -

Dinv Razão cíclica do inversor -

dX Indica a variação infinitesimal da variável X, i.e., a derivada de X -

Eg Banda de energia do MSPFV eV

fc Freqüência de cruzamento Hz

Fm(s) Função de transferência do modulador PWM -

Fm(s) Função de transferência do comparador PWM -

fond Freqüência de ondulação na corrente do indutor provocada pela

freqüência da rede

Hz

fPX Freqüência do pólo número X Hz

frede Freqüência da rede elétrica Hz

fS Freqüência de chaveamento Hz

fZX Freqüência do zero número X Hz

GD(s) FT da planta relacionando vO e d -

Gi(s) Função de transferência da planta [Gi(s)=iL/d] -

Gi(s) FT da planta relacionando iL e d -

GV Ganho estático do conversor -

Gv(s) Função de transferência da planta -

GV(s) FT da planta relacionando vO e iL -

GVV(s) FT da planta relacionando vO e vi -

He(s) Função de transferência teórica para testar robustez da malha de -

xvii

corrente

Hi(s) Função de transferência do elemento de medição de corrente -

Hv(s) Função de transferência de medição -

ID Corrente instantânea no diodo A

iL Corrente instantânea através de L A

IL Corrente média através de L A

IO Corrente de saída A

iS Corrente instantânea através da chave A

Is0 Corrente de saturação do MSPFV A

Isc0 Corrente de curto circuito do MSPFV A

ISW Corrente sobre a chave A

k Constante de Boltzmann – 1,381x10-23m².kg.s-2.K-1 <-

Ks Coeficiente que relaciona intensidade de luz com temperatura do

MSPFV

-

L Indutância do indutor do conversor Boost H

Linv Indutância do filtro do inversor H

Ns Número de células do MSPFV -

Pin Potência de entrada W

PIV Tensão de pico reversa V

Po Potência de saída W

q carga do elétron – 1,602x10-19 C

Rcarga_L Resistência de carga linear Ω

RCarga_NL Resistência de carga não linear Ω

Rds Resistência de condução do MOSFET Ω

Rs Resistência série do MSPFV Ω

Rsh Resistência Shunt do MSPFV Ω

S Entrada de intensidade de luz do MSPFV W/m²

Ta Entrada de temperatura do MSPFV °C

Ta Tempo de amostragem s

TS Período de chaveamento S

Vin, Vi, Ve Tensão de entrada V

VMPP Tensão no ponto de máxima potência V

VO, VS, Vbus Tensão de saída V

xviii VOC Tensão de circuito aberto, i.e., operando a vazio V

VSW Tensão sobre a chave V

Xef Valor eficaz da variável X -

Xmax Valor máximo da variável X -

Xmed Valor médio da variável X -

Xmin Valor mínimo da variável X -

Z(s) Função de transferência que relaciona tensão de saída/corrente no

indutor

-

γ Razão entre VMPP e VOC -

ε Fator para cálculo de Ta -

η Rendimento do conversor Boost -

ηinv Rendimento do inversor utilizado no estágio de inversão do sistema -

xix

Acrônimos e Abreviaturas

Abreviatura Descrição

AC, CA Corrente Alternada

CC Corrente Continua

CC-CA Lê-se CC para CA, tipo de conversão

CC-CC Lê-se CC para CC, tipo de conversão

CMCM Controle Modo Corrente Média

DB Diagrama de Bode

DLL Dinamic Link Library, tipo de arquivo

EPIA Associação da Indústria Fotovoltaica Européia

EVA Etil Vinil Acetato (polímero)

FT, TF Função de Transferência no domínio da freqüência (s - Laplace)

FV Fotovoltaico

GD Geração Distribuída

MCC Modo de Condução Contínua

MPP Maximum Power Point

MPPT Maximum Power Point Tracker

MSPFV Modelo de Simulação do Painel Fotovoltaico

P Compensador Proporcional

P&O Perturbe e Observe

PFV Painel Fotovoltaico

PI Compensador Proporcional Integral

PID Compensador Proporcional Integral Derivativo

PSIM Programa para simulação de circuitos elétricos

PVB Poli Vinil Butiral (polímero)

PWM Pulse Width Modulation

SFV Sistemas Fotovoltaicos

TCC Trabalho de Conclusão de Curso

USA Estados Unidos da América

ZOH Zero Order Hold

INTRODUÇÃO GERAL

Na década de 90, a maioria dos sistemas fotovoltaicos era do tipo autônomo e

instalado em lugares onde a rede elétrica de distribuição não tinha cobertura. No entanto,

atualmente os sistemas conectados à rede elétrica são os que ocupam a parcela majoritária

dentro do universo de SFV e que impulsionaram o crescimento da indústria FV (nos últimos

10 anos, mais de 30% ao ano). A taxa de crescimento dos sistemas conectados à rede está

principalmente associada à política de subsídios praticada por alguns países desenvolvidos [1]

.

A produção de energia elétrica utilizando a energia solar através dos módulos

fotovoltaicos e a sua conexão com a rede elétrica de distribuição, é uma realidade em diversos

países e vem crescendo e se consolidando como uma forma limpa de se produzir eletricidade.

Apesar das dificuldades financeiras globais do ano 2009, a indústria da energia solar

adicionou 6,4 GW em 2009, segundo um comunicado da Associação da Indústria

Fotovoltaica Européia (EPIA). Isso faz com que a capacidade de produção solar global seja

superior a 20 GW [3] . Na Figura 1, pode-se ver como estava dividido o mercado fotovoltaico

pelo mundo no ano de 2009.

Figura 1 – Mercado FV em 2009.

2

Na Europa, a Itália acrescentou 700 MW, na República Checa 411 MW, Bélgica e

França 292 MW e 185 MW, respectivamente. O Japão por sua vez acrescentou 484 MW,

seguida pelos Estados Unidos instalados 475 MW. A projeção da associação é que, durante

2010, será instalado entre 8,2 e 12,7 GW de energia solar no mundo [3] .

Um relatório do Greenpeace e da EPIA garante que a eletricidade solar será

competitiva em termos de custos dentro de sete anos. Esse documento, intitulado “Geração

Solar 2007″, mostra que esse setor moverá 300.000 milhões de euros por ano até 2030,

criando-se em torno de 6,5 milhões de empregos e será capaz de atender 9,4% da procura

mundial de eletricidade. Isto irá fornecer energia para 3 bilhões de pessoas nos países em

desenvolvimento [5] .

Para o caso particular do Brasil e outros países da América Latina, a falta de

incentivos econômicos não tem permitido o forte crescimento na demanda da tecnologia

fotovoltaica como a experimentada em países desenvolvidos. Nos países latino-americanos a

parcela de sistemas autônomos isolados ainda é superior à parcela de sistemas conectados à

rede, sendo estes últimos instaladas principalmente por universidades e centros de pesquisa, já

que até o momento não existe uma legislação ou incentivos que estimulem sua instalação.

Com essa contextualização, propõe-se o projeto de um sistema de interligação de

painéis FV à rede elétrica. Esse sistema compõe-se principalmente de dois conversores: o

primeiro sendo um elevador para adequar o nível de tensão dos painéis até uma tensão de

barramento capaz de permitir que o segundo, sendo um inversor, possa modular uma tensão

alternada com os padrões da rede elétrica local da concessionária. No entanto, este TCC

(Trabalho de Conclusão de Curso), enfoca o estudo do estágio elevador do sistema (primeiro

conversor).

Através de uma revisão bibliográfica disponibilizada no Capítulo 1, verifica-se a real

necessidade da mudança da matriz mundial energética para uma base renovável,

principalmente sustentada pela energia solar e eólica, implicando em sistemas de geração

descentralizado.

No capítulo 2 é realizado o estudo teórico do conversor elevador proposto, incluindo a

apresentação de um modelo dinâmico. O conversor é responsável por elevar a tensão CC dos

painéis FV para um nível adequado do estágio seguinte, o inversor, de forma a possibilitar

que a tensão na saída deste seja compatível com a rede elétrica, em freqüência e em valor de

3

tensão. É apresentado o princípio de funcionamento e as equações básicas que regem a

topologia adotada.

No capítulo 3, o circuito de controle é analisado, onde é feito um estudo em malha

aberta, em malha fechada com controle de tensão e de corrente e aplicando-se o MPPT para

que possa ser extraída a potencia máxima dos painéis FV.

No capítulo 4, são apresentados os resultados de simulação do conversor elevador,

onde é validado o dimensionamento dos componentes, a eficácia do controle e do MPPT e os

estudos teóricos desenvolvidos nos capítulos anteriores.

Por fim, no capítulo 5 o sistema completo é simulado (conversor elevador e inversor) e

obtêm-se dados sobre eficiência e potência inserida na rede em relação à radiação solar

adotada.

4

CAPÍTULO 1

1. SISTEMAS MONOFÁSICOS COM ENERGIA FOTOVOLTAICA

PARA INTERLIGAÇÃO À REDE – REVISÃO

1.1 Introdução

A atual crise do petróleo com os preços subindo a cada dia, chegando a ultrapassar a

barreira dos US$70,00 (setenta dólares), a crise do gás natural na Bolívia (principal

fornecedor desse produto ao Brasil), a escassez de recursos para a construção de grandes

obras civis (barragens) [2] , a elevada taxa de emissão de gases de efeito estufa ao utilizar

combustíveis fósseis, são fatos que motivam utilizar novas tecnologias para a produção de

energia elétrica, de forma a reduzir a dependência externa (petróleo e gás natural) e preservar

o meio ambiente (usinas hidrelétricas), utilizando fontes renováveis de energia.

Dentre as renováveis, temos a energia gerada pelo Sol, inesgotável na escala humana

de tempo, tanto como fonte de calor quanto de luz, é hoje, sem sombra de dúvidas, uma das

alternativas energéticas mais promissoras para enfrentarmos os desafios do novo milênio. E

quando se fala em energia, deve-se lembrar que o Sol é responsável pela origem de

praticamente todas as outras fontes de energia. Em outras palavras, as fontes de energia são,

em última instância, derivadas da energia do Sol. Os raios solares que chegam até nosso

planeta representam uma quantidade fantástica de energia (levando em conta apenas os

continentes e as ilhas).

Um dos pioneiros dessa iniciativa é a União Européia, que terminou o ano de 2004

com uma potência instalada, contando apenas sistemas conectados à rede elétrica, de

aproximadamente 920,0 MW. Desse total, 43,76% (402,66 MW) foi instalado naquele ano.

Em agosto de 2005, o preço do barril de petróleo ultrapassou a barreira dos US$70,00 devido

ao nível baixo dos estoques americanos, próximo ao inverno no hemisfério norte, e a

passagem do furacão Katrina pelo Golfo do México, que fez com que as companhias

5

petrolíferas fechassem suas explorações na região. A crise do gás natural na Bolívia está

relacionada à nova lei de hidrocarbonetos naquele país que aumentou a taxação sobre as

empresas estrangeiras [2] . Esses fatos evidenciam certa crise no sistema de energia atual e

mostra a necessidade de se buscar novas fontes alternativas.

Outro dado que demonstra o crescimento dessa indústria no mundo é a expansão da

produção mundial de células solares que atingiu um valor consolidado de 9,34 GW em 2009,

acima dos 6,85 GW no ano anterior, com as células de película fina representando 18% desse

total. A produção da China e de Taiwan continuou a crescer em participação e agora

representa 49% da produção global de células solares [7] .

Entretanto no Brasil, a produção fotovoltaica conectada à rede elétrica (de alta ou de

baixa tensão) permanece restrita, não tendo ainda conseguido extrapolar os muros dos

laboratórios e dos centros de pesquisas. Isso se deve a existências de barreiras de diversas

ordens: econômica, financeira, políticas (falta de regulamentação) e cultural (no país, quase a

totalidade da produção elétrica é centralizada e por meio de grandes barragens).

Uma das vantagens da produção de energia elétrica por meio de módulos fotovoltaicos

é a possibilidade de se construir desde grandes usinas geradoras – em se tratando de produção

fotovoltaica próximas aos centros urbanos, como a de Mühlhause (Baviera-Alemanha) de 6,3

MWp [8] , até pequenas instalações, conhecidas como produção distribuída, situadas nas

coberturas dos edifícios urbanos. Estas, principalmente, dispensam as longas e caras Linhas

de Transmissão que, além disso, ainda provocam impactos ambientais.

Visando contribuir com a expansão da produção de energia FV no Brasil, baseando-se

no que foi mostrado anteriormente, desenvolveremos, nesse Trabalho de Conclusão de Curso,

um conversor que viabilizará a inserção de potência proveniente de painéis FV na rede

elétrica local.

1.2 Geração Distribuída de Energia

Geração Distribuída (GD) é uma expressão usada para designar a geração elétrica

realizada junto ou próxima de consumidores, independente da potência, tecnologia e fonte de

energia. As tecnologias de GD têm evoluído para incluir potências cada vez menores. A GD

inclui:

6

Co-geradores;

Geradores que usam como fonte de energia resíduos combustíveis de processo;

Geradores de emergência;

Geradores para operação no horário de ponta;

Painéis fotovoltaicos;

Pequenas Centrais Hidrelétricas - PCH's.

O conceito envolve, ainda, equipamentos de medida, controle e comando que

articulam a operação dos geradores e o eventual controle de cargas (ligamento/desligamento)

para que estas se adaptem à oferta de energia [4] .

A GD tem vantagem sobre a geração central, pois economiza investimentos em

transmissão e reduz as perdas nestes sistemas, melhorando a estabilidade do serviço de

energia elétrica [4] .

Os primeiros sistemas de GD instalados ao redor do mundo datam da primeira década

do século XX. Nessa época, era muito rara a produção centralizada de energia elétrica. Ainda

não existiam as grandes centrais geradoras pela inexistência de uma tecnologia eficiente. Era

comum o próprio consumidor de energia elétrica instalar sua própria central de geração de

energia. Esta situação perdurou até a década de 40 [12] .

O sistema de geração distribuída com energia fotovoltaica é uma solução para

utilização do grande potencial da energia solar. Uma fonte de energia fotovoltaica é conectada

em paralelo com uma fonte local de eletricidade. Um sistema de co-geração fotovoltaica está

sendo implantado na Holanda em um complexo residencial de 5000 casas, sendo de 1MW a

capacidade de geração de energia fotovoltaica. Os Estados Unidos, Japão e Alemanha têm

indicativos em promover a utilização de energia fotovoltaica em centros urbanos. Na Cidade

Universitária - USP - São Paulo, foi instalado um sistema semelhante em nível de testes [10] .

Na Figura 1.1, tem-se uma das características interessantes da energia fotovoltaica: sua

produção é mais intensa justamente no período do dia onde uma maior potência é demandada

do sistema elétrico. Desse modo, a produção FV pode ser utilizada para aliviar o sistema

elétrico nesse horário.

7

Figura 1.1 – Vantagem da geração FV em co-geração [30]

1.3 Painéis Fotovoltaicos

A conversão direta da energia solar em eletricidade é obtida graças ao efeito

fotovoltaico, que é a base do funcionamento das células fotovoltaicas. Os materiais usados são

os semicondutores sendo o mais utilizado o silício, que é também o material básico para a

indústria eletrônica [18] .

1.3.1 O Módulo Fotovoltaico

A célula fotovoltaica é o dispositivo mais importante do sistema fotovoltaico, visto

que é responsável pela conversão da energia solar em energia elétrica. Uma célula

fotovoltaica é, basicamente, um sanduíche contendo uma grade metálica, uma lâmina que

coleta os raios solares, uma lâmina absorvedora dos fótons e um contato metálico posterior.

Na Figura 1.2, tem-se o detalhe do processo de construção de um painel fotovoltaico.

8

Figura 1.2 – Etapas de construção de uma célula FV.

Fundamentalmente, este sanduíche é fabricado de modo a conter em seu interior um

campo elétrico que permita separar os portadores de carga elétrica gerados pela luz. Nas

células fotovoltaicas de silício cristalino, o campo elétrico interno é fabricado por processos

de dopagem controlada e seletiva do material semicondutor. As impurezas mais comumente

utilizadas são o fósforo (na camada doadora de elétrons, semicondutor do tipo-n) e o boro (na

camada receptora de elétrons, semicondutor do tipo-p), que permitem construir internamente a

barreira de potencial desejada.

A corrente elétrica produzida é coletada pelos contatos metálicos nas superfícies. As

células fotovoltaicas normalmente são quadradas ou redondas dependendo do processo de

fabricação utilizado. Esta corrente depende da intensidade da radiação solar e da área

iluminada. A tensão gerada é apenas uma fração de Volt. A célula fotovoltaica mais

comumente utilizada, de silício cristalino, possui uma tensão de trabalho de aproximadamente

0,5 V.

Para uma utilização pratica é necessário conectar várias células fotovoltaicas em série.

Este conjunto de células conectadas é chamado módulo fotovoltaico. Normalmente, são

9

utilizadas de 30 a 36 células de silício cristalino em cada módulo, dependendo do local onde

os sistemas serão instalados (clima frio ou quente).

Assim, quando um módulo de 12 V é exposto ao sol, ele gera energia elétrica em

corrente contínua, com tensão máxima variando entre 17 e 21 V. Para carregar uma bateria de

12 V, devido às perdas em cabos e diodos, os módulos devem gerar em torno de até 16 V.

Para proteger as células fotovoltaicas, os módulos são encapsulados com materiais

plásticos (EVA ou PVB). O lado onde a radiação incide é coberto com vidro temperado e a

parte posterior com plástico Tedlar. Finalmente, o módulo é emoldurado com uma estrutura

de alumínio anodizado, que lhe dá rigidez e tudo isto o protege contra as intempéries.

Normalmente os fabricantes dão uma garantia de 10 a 25 anos (uma garantia típica é

de 25 anos para o nível de produção de energia e 10 anos contra defeitos de fabricação),

porém espera-se que a vida útil dos módulos fabricados de silício cristalino seja superior a

isso [18] .

1.3.2 Características Elétricas dos Módulos FV

Quando o módulo está exposto ao sol, ele gera energia elétrica em corrente contínua,

dependendo da intensidade da radiação solar e da temperatura ambiente. As medidas de

tensão e corrente de um módulo podem ser representadas em um gráfico, que é chamado

Curva IxV ou curva característica do módulo (Figura 1.3) [18] .

Figura 1.3 – Curva caracteristica do módulo.

10

Os principais fatores que influenciam nas características elétricas de um painel são a

intensidade luminosa (insolação) e a temperatura das células. Variações na insolação e na

temperatura provocam alterações na tensão e corrente produzidas pelo painel fotovoltaico. A

corrente gerada no painel aumenta linearmente com o aumento da radiação, como pode ser

visto na Figura 1.4 (a). A tensão gerada no painel se reduz linearmente com o aumento da

temperatura, como pode ser visto na Figura 1.4 (b).

Figura 1.4 – Características elétricas do painel ou módulo fotovoltaico.

1.3.3 Detalhamento do Modelo Adotado na Simulação

Para analisar o possível comportamento do conversor elevador projetado, é necessário

que, na simulação, os parâmetros de entrada deixem de ser a tensão e corrente para ser a

radiação solar média e a temperatura média ambiente.

Desse modo, utilizou-se o modelo de células solares presentes no software PSIM. Esse

modelo simula o real comportamento de um painel FV, onde os parâmetros de entrada são a

radiação (em W/m²) e temperatura (em °C) médias, como era necessário. Além disso, temos

que fornecer algumas constantes que são características do painel, conforme ilustrado na

Figura 1.5.

11

Figura 1.5 – Painel FV no simulador PSIM [20] .

− Numero de células, Ns: Número de células fotovoltaicas em série que forma o painel

FV;

− Resistência série, Rs: Resistência série de cada célula, em Ω;

− Resistencia Shunt, Rsh: Resistência de shunt de cada célula, em Ω;

− Corrente de curto circuito, Isc0: Corrente de curto circuito em cada célula na

temperatura de referencia, em A;

− Corrente de saturação, Is0: Corrente de saturação do diodo para cada célula na

temperatura de referencia, em A;

− Banda de energia, Eg: Para cada célula fotovoltaica, em eV. Vale por volta de 1,12

para Si cristalino e 1,75 para Si amorfo;

− Fator de idealidade, A: Também chamado de coeficiente de emissão. Vale por volta

de 02 para Si cristalino e menos que 02 para Si amorfo;

− Coeficiente de temperatura, Ct: Dado em A/°C ou A/K;

− Coeficiente KS: Esse coeficiente define como a intensidade de luz afetará a

temperatura das células solares.

12

Para simplificar a utilização de componentes no PSIM, se agruparmos Y painéis em

série, sua representação no PSIM será de um elemento só, mas o valor de Ns será

multiplicado por Y.

Se o agrupamento for em paralelo, as constantes Isc0, Is0 e Ct serão multiplicadas por

Y e Rs será dividido por Y.

As equações que descrevem o modelo físico de uma célula fotovoltaica são:

ph d ri i i i= − − (1.1)

0

0

( )ph sc t ref

Si I C T T

S= ⋅ + ⋅ −

(1.2)

0 ( 1)

dqV

AkTdi I e= ⋅ −

(1.3)

1 1( )

30 0 ( )

g

ref

qE

Ak T T

sref

TI I e

T

−

= ⋅ ⋅ (1.4)

dr

sh

vi

R=

(1.5)

a sT T K S= + ⋅ (1.6)

Onde q é a carga do elétron, k é a constante de Boltzmann, S é a entrada de

intensidade de luz, Ta é a entrada de temperatura ambiente, /d S Sv v N i R= + ⋅ , v é a tensão

terminal através da célula e i a corrente saindo do terminal positivo da célula fotovoltaica.

1.3.4 Condições Ambientais Locais

Como foi visto no tópico anterior, o funcionamento do conversor dependerá de dois

fatores ambientais de onde o sistema será instalado: radiação solar e temperatura ambiente

médias.

Para isso, é necessário definir esses dois valores médios através de uma analise do

comportamento dessas condições ao longo de um período de tempo (~1 ano). Como não há

essa disponibilidade de tempo, utilizamos o banco de dados disponibilizado pelo software

13

desenvolvido pelo Laboratório de Energia Solar da Escola de Engenharia da Universidade

Federal do Rio Grande do Sul.

Figura 1.6 – Software RadiaSol2 com dados da cidade de Fortaleza.

O RADIASOL2 utiliza internamente modelos matemáticos disponíveis na literatura,

desenvolvidos por outros autores ou por integrantes do Laboratório. No programa, os cálculos

são realizados através de rotinas que determinam o efeito da inclinação da superfície receptora

e da anisotropia da radiação solar em suas componentes direta e difusa. Pode-se selecionar o

modelo de distribuição da radiação e obterá na tela, imediatamente, um conjunto de dados

adicionais na forma de tabelas ou gráficos [24] .

Desse modo, foram gerados os gráficos da Figura 1.7 (radiação solar média anual) e da

Figura 1.8 (temperatura ao longo de um ano) e da Figura 1.9 (radiação solar ao longo de um

dia.)

14

Figura 1.7 – Irradiação solar ao longo de um ano na cidade de Fortaleza.

Figura 1.8 – Temperatura na cidade de Fortaleza ao longo de um ano.

15

Figura 1.9 – Radiação incidente ao painel ao longo de um dia em intervalos horários.

1.4 Sistemas FV Interligados a Rede Elétrica

O sistema fotovoltaico integrado à edificação e interligado à rede elétrica é um

exemplo de fonte geradora de energia elétrica ideal para aplicação em áreas urbanas,

principalmente em países ensolarados. Além de gerar energia onde é necessário, ele faz uso

de espaços já existentes (envelope da edificação). Aspectos ambientais e o crescente aumento

da demanda energética mundial têm contribuído para a aceleração e desenvolvimento deste

modo de fonte alternativa de energia.

Experiências dos Estados Unidos e de outros países desenvolvidos têm demonstrado

que, em longo prazo, a prevenção da poluição através da diminuição de resíduos e de uma

produção com tecnologias mais limpas e eficiente, é mais sensata, tanto na relação custo

benefício, como também para o próprio meio ambiente, se comparado com tecnologias

tradicionais.

Os sistemas solares fotovoltaicos, integrados à edificação e interligados à rede elétrica

estariam auxiliando na redução deste grande impacto ambiental, causado pela devastação de

áreas para a implantação de grandes obras de geração de energia.

0100200300400500600700800900

10001100120013001400

Rad

iaçç

ão S

ola

r (W

/m²)

Horário

Radiação média diária entregue aos PFV

16

A tecnologia fotovoltaica é vista por muitos, como um caminho ideal para a geração

de energia, através de uma fonte inesgotável e não poluente. É um método de produção de

energia sustentável e amigável ao meio ambiente, trazendo benefícios tanto ambientais quanto

energéticos, uma vez que o material ativo na maioria dos painéis é o silício, que, conforme

Hammond (1992), é o segundo elemento mais abundante na superfície terra.

O sistema integrado, hoje em dia, faz parte do conceito de energia eficiente em

residências do Japão, Alemanha e parte dos USA. Futuramente, ele poderá ser visto em

diversos edifícios públicos, residenciais e industriais.

No Brasil, a viabilidade está relacionada a incentivos tanto do governo quanto de

empresas privadas que, como nos países desenvolvidos, financiam e promovem os projetos,

com a finalidade de obter um maior desenvolvimento do país [11] .

1.5 Conversores para Aplicação em Geração Distribuída Através de

Painéis Fotovoltaicos

Para desenvolver um sistema que permita a geração distribuída, utilizando painéis

fotovoltaicos é necessário um conversor elevador de tensão que permita modificar a tensão de

saída (CC) dos painéis até uma tensão de barramento CC e que possibilite que o inversor

possa converter essa tensão CC em tensão alternada com compatibilidade de freqüência e

tensão em relação a rede elétrica a qual será conectado.

A seguir, são propostas algumas topologias de conversores elevadores aplicáveis ao

sistema desejado. As topologias de inversores não são analisadas, visto que o estágio inversor

não é o foco deste TCC.

CONVERSOR BOOST

É a topologia clássica e mais básica de um conversor elevador. Apresenta a

característica de fonte de corrente na entrada, devido à presença de uma fonte de tensão em

série com um indutor, e fonte de tensão na saída. A topologia do conversor Boost é mostrada

na Figura 1.10 [13] .

17

Figura 1.10 – Topologia conversor Boost.

Entre as desvantagens pode-se citar que o conversor não é isolado e não permite um

ganho muito grande de tensão.

CONVERSOR BOOST COM CÉLULA DE COMUTAÇÃO DE 3 ESTADOS

É um conversor Boost modificado para reduzir os esforços de corrente nos

semicondutores, possui maior rendimento e vida útil do conversor. Funciona de forma

semelhante ao paralelismo de chaves, mas evita desequilíbrios dinâmicos e dobra a freqüência

de chaveamento vista pelos componentes de armazenamento de energia, assim reduzindo o

tamanho deles. Por outro lado, apresenta um maior número de componentes no circuito

quando comparado com o Boost clássico. A topologia desse conversor é mostrada na Figura

1.11 [15] .

Figura 1.11 – Topologia conversor Boost com célula de 3 estados.

18

CONVERSOR SEPIC

Esta topologia também é interessante para essa aplicação, pois assim como o

conversor Boost, ela apresenta características de fonte de corrente na entrada e fonte de tensão

na saída [14] .

Figura 1.12 – Topologia conversor Sepic.

As vantagens indicadas, entretanto, são acompanhadas de uma considerável

dificuldade no controle dessa estrutura, devido ser um conversor de 4ª ordem, além de possuir

um número maior de componentes.

CONVERSOR PUSH-PULL ALIMENTADO EM CORRENTE

Promove grande elevação de tensão dos painéis fotovoltaicos e garante a isolação

galvânica. Por ser alimentado em corrente, reduz o problema de saturação do núcleo do

transformador isolador, pois o valor médio da corrente no indutor é constante e isto garante,

com os devidos cuidados, uma circulação simétrica através dos enrolamentos primários do

transformador permitindo a adequada desmagnetização do mesmo [14] .

19

Figura 1.13 – Topologia conversor Push-Pull alimentado em corrente.

Normalmente este conversor opera com razão cíclica maior que 0,5, ou seja, ocorre

superposição dos sinais de controle em certos intervalos de operação. Para operar com razão

cíclica menor que 0,5, deve ser adicionado um enrolamento auxiliar para remover a energia

armazenada no indutor principal L11.

1.6 MPPT

Considerando que a potência fornecida pela célula fotovoltaica depende da radiação e

da temperatura, diferentes células podem ser comparadas entre si através do estabelecimento

de condições padrões de teste que devem ser atendidas para a comparação do rendimento;

estas condições são a massa de ar AM 1.5, a radiação de 1000 W/m² e a temperatura da célula

de 25°C [16] .

Os seguidores do MPP (Maximum Power Point) têm a função de maximizar a potência

entregue pelos módulos fotovoltaicos para um dado conjunto de condições, reduzindo,

portanto, o custo da eletricidade produzida. Os seguidores do MPP encontram e mantêm a

operação no MPP usando algoritmos, dentre eles, os mais utilizados são [17] :

20

a) PERTURBE E OBSERVE (P&O): é o método mais utilizado devido a facilidade de

sua implementação. Este algoritmo provoca uma pequena alteração ∆V na tensão de

referência, o que acarreta numa alteração ∆P na potência. Se ∆P for positivo, o método

continua a promover variações na tensão nesta direção na tentativa de alcançar o MPP.

Se ∆P for negativo, o sinal da variação de ∆V é invertido. Como desvantagens do

método podem ser citadas a dificuldade de localizar o MPP em baixos níveis de

radiação e a impossibilidade de determinar quando esse ponto foi realmente

alcançado.

Figura 1.14 – Fluxograma do método P&O.

b) TENSÃO E CORRENTE CONSTANTES: este algoritmo tem como base a observação

da razão entre a tensão de máxima potência (VMPP) e a tensão de circuito aberto (VOC)

como mostra a equação (1.7).

21

1MPP

OC

V

Vγ≅ <

(1.7)

Para a implementação do algoritmo, é necessário interromper momentaneamente o

circuito para medir VOC. Em seguida, o seguidor do MPP calcula o ponto de operação

em função de γ e o VOC promove sucessivas mudanças na tensão a fim de chegar à

tensão de máxima potência estimada. A eficiência do método é inferior à dos outros,

devido à variação do valor de γ com a irradiação e temperatura e à necessidade de

interrupções no circuito para medir VOC, o que provoca perda de potência.

c) CONDUTÂNCIA INCREMENTAL: a potência é derivada com relação à tensão e

igualada a zero (MPP). Nesta condição, a seguinte equação é obtida:

I dI

V dV− =

(1.8)

Se o ponto de operação estiver fora do MPP, há duas situações possíveis:

1. dI I

dV V> − : significa que a tensão é inferior à VMPP. A tensão deve ser incrementada

de modo a alcançar o MPP;

2. dI I

dV V< − : significa que a tensão é superior à VMPP. A tensão deve ser reduzida de

modo a alcançar o MPP.

Diferentemente do P&O, este algoritmo pode determinar quando o sistema está

trabalhando no MPP e não é conduzido para a direção errada quando o nível de radiação sofre

variações bruscas. O problema é que sua implementação requer um hardware com elevada

capacidade de processamento, o que aumenta o seu custo.

1.7 Tipos de Controle

Normalmente, existem duas técnicas de controle que são bem utilizadas para controlar

conversores PWM: o Controle por Modo Tensão (Voltage Mode Control) e o Controle por

Modo Corrente Média (Average Current Mode Control).

22

1.7.1 Controle por Modo Tensão

A técnica de controle por modo tensão aplicada a conversores estáticos permite regular

a tensão de saída num determinado valor dependendo do valor e formato da tensão de

referência. O controle citado tem normalmente uma malha simples como é mostrado no

diagrama de blocos da Figura 1.15 [21] . Dependendo da aplicação, muitas vezes é necessário

adicionar uma malha de corrente externa em paralelo com a malha de tensão para limitar a

corrente na carga. Este tipo de aplicação é usado em carregadores de bateria.

Figura 1.15 – Diagrama de blocos do controle por modo tensão.

Onde:

− Cv(s): Função de transferência do compensador;

− Fm(s): Função de transferência do modulador PWM;

− Gv(s): Função de transferência da planta;

− Hv(s): Função de transferência de medição.

1.7.2 Controle por Modo Corrente Média

A técnica de controle de modo corrente média aplicada a conversores CC-CC é uma

alternativa interessante que apresenta as seguintes vantagens e desvantagens:

23

Vantagens:

− Apresenta uma inerente proteção de sobre-corrente;

− Possibilita o paralelismo de conversores;

− A função de transferência do conversor se aproxima a uma de primeira ordem;

− Apresenta imunidade a ruídos;

Desvantagens:

− Possui uma maior complexidade de projeto.

O controle por modo corrente média apresenta duas malhas de controle, uma malha de

corrente interna e uma malha de tensão externa.

Figura 1.16 – Diagrama de blocos do controle por modo corrente média.

Onde:

Malha de Corrente:

− Ci(s): Função de transferência do compensador de corrente;

− Gi(s): Função de transferência da planta [Gi(s)=iL/d];

− Hi(s): Função de transferência do elemento de medição de corrente;

− Fm(s): Função de transferência do comparador PWM;

− He(s): Função de transferência teórica para testar robustez da malha de corrente.

Malha de Tensão:

− Cv(s): Função de transferência do compensador de tensão;

− Hv(s): Função de transferência do elemento de medição de tensão;

24

− Z(s): Função de transferência que relaciona tensão de saída/corrente no indutor (em

pequenos sinais).

1.7.3 Tipos de Compensadores

Na eletrônica de potência existe a possibilidade de usar vários tipos de compensadores

dependendo do tipo de conversor utilizado. Entre os mais conhecidos são: compensador

proporcional, P, compensador integrador, I, compensador proporcional com filtro,

compensador proporcional-integral com filtro, PI, e Proporcional-Integral-Derivativo, PID. A

seguir cada um é descrito de maneira detalhada [22] .

Compensador Proporcional (P)

O compensador P é simplesmente um ganho. Pode ser usado para compensar plantas

de primeira ordem, no entanto, proporciona um erro estático ao sistema em regime

permanente.

Figura 1.17 – Circuito e ganho do compensador P.

FT ( ) 2( )

( ) 1

vc s RCv s

ve s R = = −

(1.9)

Ganho

Estático

2

1

RAV

R=

(1.10)

25

Compensador Integrador (I)

O compensador I é um ganho associado ao efeito integrativo. Pode ser usado para

compensar plantas de primeira ordem, melhorando o erro estático do sistema pelo fato de

apresentar um pólo na origem.

Figura 1.18 – Circuito e ganho do compensador I.

FT ( ) 1( )

( ) 1 1

vc sCv s

ve s R C s= = −

⋅ ⋅

(1.11)

fc 1

2 1 1cf R Cπ=

⋅ ⋅

(1.12)

Compensador Proporcional com Filtro

O compensador P com filtro representa um ganho e um filtro passa-baixa. Pode ser

usado para compensar plantas de primeira ordem, no entanto, proporciona um erro estático ao

sistema em regime permanente.

26

Figura 1.19 – Circuito e ganho do compensador P com filtro.

FT ( ) 2 1( )

( ) 1 ( 2 1 1)

vc s RCv s

ve s R R C s= = − ⋅

⋅ ⋅ +

(1.13)

fc 1

2 1 1cf R Cπ=

⋅ ⋅

(1.14)

Ganho

Estático

2

1

RAV

R=

(1.15)

fp 1

2 2 1pf R Cπ=

⋅ ⋅

(1.16)

Compensador PI com filtro

O compensador PI com filtro tem na sua função de transferência dois pólos e um zero.

O pólo na origem devido ao integrador minimiza o erro estático do sistema em regime

permanente e é recomendado para sistemas que apresentam um avanço de fase menor que 90º,

sendo bastante aplicado em sistemas com controle por modo corrente, onde é implementado

uma malha de corrente rápida e uma malha de tensão lenta.

27

Figura 1.20 – Circuito e ganho do compensador PI com filtro.

FT 1 ( 2 1 1)( )

1 ( 2 1 2 1 2)

R C sCv s

R s R C C s C C

⋅ ⋅ += −

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + +

(1.17)

Ganho 2

1

RAV

R=

(1.18)

Compensador PID

O compensador PID apresenta dois zeros e dois pólos. O circuito e seu ganho do

diagrama de Bode são mostrados na Figura 1.21. O pólo na origem devido ao integrador

minimiza o erro estático do sistema em regime permanente. Este compensador é recomendado

para sistemas com avanço de fase maior que 90o.

Figura 1.21 – Circuito e ganho do compensador PID.

28

FT 1 12 2 1 3 2

( )1 31

2 1 3

s sR R C R C

Cv sR RR

s sC R R

+ ⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅+ ⋅ + ⋅ ⋅

(1.19)

Ganho 2

1

RAV

R=

(1.20)

fz1 11

2 2 1fz

R Cπ=

⋅ ⋅

(1.21)

fz2 12

2 3 2fz

R Cπ=

⋅ ⋅

(1.22)

fp1 1 0fp = (1.23)

fp2 1 32

2 1 3 2

R Rfp

R R Cπ+

=⋅ ⋅ ⋅

(1.24)

1.8 Sistema Proposto

O sistema foi determinado seguindo algumas características principais: custo,

simplicidade e robustez. Por sua simplicidade e principalmente ao baixo custo, o sistema

proposto é a associação de um conversor Boost clássico com um inversor em ponte completa

com característica de fonte de tensão de entrada.

Para que se use o Boost clássico, é necessário que os painéis solares estejam ligados

em série, evitando a necessidade de um ganho muito alto do conversor.

No controle do conversor Boost, além de uma malha de tensão e corrente, um

algoritmo MPPT P&O é implementado para que a máxima potência das células fotovoltaicas

seja aproveitada.

29

Figura 1.22 – Sistema proposto completo, em destaque o estágio analisado neste trabalho.

1.9 Conclusão

Levando-se em conta a tensão de alimentação de 209Vcc e a tensão de barramento de

inversão de 400V (ganho de 1,91) e a necessidade de tornar o sistema economicamente viável

(estrutura simples e com poucos componentes), foi decidido utilizar o conversor Boost

apresentado na Figura. 1.22.

Neste capítulo, foi detalhada a motivação de se desenvolver um sistema de co-geração

com painéis fotovoltaicos, sendo atrativa por utilizar uma fonte inesgotável e produzir energia

sem agredir o meio ambiente, além de poder ser produzido em meios urbanos.

Será utilizado para acionar o conversor um sinal PWM gerado por uma malha de

Controle por Modo Corrente Média. Para isso, dois compensadores do tipo PI com filtro serão

dimensionados para a malha de tensão e para a malha de corrente no capítulo 3, junto com o

algoritmo de MPPT escolhido P&O.

30

CAPÍTULO 2

2. ANALISE DO CIRCUITO DE POTENCIA DO CONVERSOR

BOOST

2.1 Introdução

Com o objetivo de se elevar a tensão de um banco de painéis FV para a tensão de

entrada de um inversor, adequando os níveis de tensão desses e respeitando as limitações de

cada um, utiliza-se um conversor CC próprio para esta aplicação. Deseja-se uma pequena

ondulação na corrente de entrada do conversor. A saída do conversor CC-CC é conectada um

inversor de tensão (conversor CC-CA) para transformar a tensão continua em tensão alternada

e injetar na rede elétrica de baixa tensão. Nesta aplicação a amplitude da tensão de entrada do

inversor deve ser maior a amplitude da tensão senoidal da rede.

Visando atender a essas especificações, é empregado o conversor CC-CC elevador

Boost. A tensão nos terminais do banco de painéis fotovoltaicos oscila de acordo com a

radiação solar e temperatura ambiente. Já a tensão de saída do inversor não oscila, visto que

ele está conectado a um barramento considerado infinito que é a rede.

O conversor deve operar dentro dessas faixas de variação da tensão de entrada e de

saída. A seguir, é apresentada a análise do conversor elevador CC, a metodologia de projeto e

o dimensionamento dos componentes.

2.2 Topologia do Conversor Boost Clássico

No conversor CC-CC elevador de tensão, também conhecido por conversor Boost, a

tensão média de saída é maior que a tensão de entrada, ou seja, a mínima tensão média de

saída é, teoricamente, igual à tensão de alimentação Vin. A quantidade de componentes

empregada na estrutura do conversor Boost é basicamente a mesma do conversor Buck [13] .

31

Contudo, esses componentes são rearranjados de forma a se ter uma nova topologia,

onde obrigatoriamente uma indutância L é colocada em série com a fonte de alimentação Vin.

Assim, a fonte de alimentação terá um comportamento de fonte de corrente, ideal para

utilização em painéis FV. A carga deve, portanto, se comportar como uma fonte de tensão, no

caso, o banco capacitivo proporciona essa característica na saída.

As principais aplicações do conversor CC-CC elevador de tensão são em fontes de

alimentação elevadoras, retificadores com alto fator de potência e conversores que processam

energia proveniente de fontes de energia renovável. A topologia do conversor Boost é

mostrada na Figura 2.1.

Figura 2.1 – Topologia do conversor Boost.

2.3 Analise Qualitativa

A estrutura simplifica do conversor Boost é apresentada na Figura 2.2 (a). Para altas

freqüências de chaveamento, a corrente iL pode ser considerada constante e igual a IL e o

circuito pode ser representado pela Figura 2.2 (b).

32

Figura 2.2 – Conversor CC-CC Boost e seu circuito equivalente.

2.3.1 Etapas de Funcionamento

Este conversor apresenta duas etapas de funcionamento, descritas resumidamente a

seguir [13] :

INTERVALO D.TS: Este intervalo é ilustrado na Figura 2.3(a). O intervalo tem inicio

quando a chave S é comandada a conduzir. O diodo D é polarizado reversamente. A

fonte de tensão Vin é aplica diretamente sobre o indutor L que permite o crescimento

linear da corrente através dele. Neste intervalo não há transferência de energia da fonte

de alimentação á carga. Este intervalo finaliza quando a chave S é comandada a

bloquear.

INTERVALO (1-D).Ts: Este intervalo é ilustrado na Figura 2.3(b). Ele tem inicio

quando a chave é comanda do a bloquear. Neste intervalo, a energia armazenada no

indutor L no anterior intervalo e mais a energia da fonte Vin é enviada ao capacitor

filtro de saída e a carga. Para permitir a transferência de energia o diodo é polarizado

diretamente. O intervalo finaliza quando a chave é comandada a conduzir novamente,

dando início ao primeiro intervalo.

(a) (b)

33

Figura 2.3 – Etapas de funcionamento.

2.3.2 Formas de Onda

A Figura 2.4 mostra as principais formas de onda em regime permanente para o modo

de condução continua (a corrente no indutor L flui continuamente). Para efeitos de análise é

aproximada a corrente através do indutor L por seu valor médio ILmed. Também são

consideradas constantes a tensão de entrada Vin e a tensão de saída Vo [26] .

+

+

+

+

+

+

+

+

+

D

V,

V-

I,

IL./0

IL.12

VGS

VD V-

ID IL.12

IL./0 ID.34 5 I-

D.TS TS+

D VGS

D.TS TSIL

IL.34 5 II0

IL.12

IL./0

VL VI

VI 6 V-

IC-

6I-

IL.126I- IL./06I-

V-7 I-V-

ID.34 5 I-

Figura 2.4 – Principais formas de onda do conversor Boost.

(a) (b)

34

Nesse trabalho, analisaremos somente o conversor Boost em modo de condução

continua, visto que, o conversor projetado operará somente nesse modo.

2.3.3 Ganho Estático do Conversor

O ganho estático do conversor pode ser facilmente obtido fazendo a análise da tensão

sobre do indutor L, e igualando o valor médio desta tensão a zero em um período de

chaveamento, assim como apresentado em [24]. Deste modo, o ganho estático é apresentado

em (2.3). A Figura 2.5, mostra a variação do ganho estático do conversor Boost em função da

razão cíclica.

1

1o

boostin

VG .

V D= =

− (2.1)

Figura 2.5 – Gráfico ganho estático do conversor Boost

Segundo [25] , embora para uma razão cíclica igual à unidade a tensão de saída tende a

infinito na teoria, na prática os elementos parasitas e não ideais do circuito, tais como,

resistências do indutor e da fonte, impedem o crescimento da tensão acima de um certo limite.

Por este motivo a razão cíclica é limitada a um determinado valor, como é apresentado no

exemplo de projeto.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

1.5

3

4.5

6

Gboost

D

35

2.4 Analise Quantitativa e Exemplo de Projeto

Nesse tópico, mostraremos toda a análise teórica e matemática necessária para

determinar os componentes do conversor Boost.

Para isso, são respeitadas as especificações do projeto e adotar algumas considerações.

Não demonstraremos nenhuma das equações visto que isso foge do intuito deste trabalho.

Toda a demonstração é encontrada em [13]

Visando a praticidade e rapidez no desenvolvimento deste trabalho, aproveitaremos a

definição das equações para já calcular todas as grandezas necessárias para o projeto.

2.4.1 Especificações do Conversor

POTÊNCIA DE ENTRADA

Tomando como referência os doze painéis em série de 55W do Grupo de

Processamento de Energia e Controle - GPEC do Departamento de Engenharia

Elétrica da UFC, é determinada a potência máxima de:

660inP W= (2.2)

POTÊNCIA DE SAÍDA

Baseando-se em (2.7), temos que:

600o inP P Wη= ⋅ = (2.3)

TENSÃO DE ENTRDA

Sendo a tensão ótima de cada painel de:

17, 4MPPV V= (2.4)

Então:

12 208,8in MPPV V V= ⋅ = (2.5)

36

TENSÃO DE SAÍDA

Para modular uma tensão senoidal com valor eficaz de 220VCA, a tensão de entrada

do inversor de tensão deve ser acima de 350VCC. Assim, é adotado o seguinte valor:

400oV V= (2.6)

2.4.2 Considerações

RENDIMENTO

Para efeito de cálculo, adota-se inicialmente um rendimento teórico de:

0,9η = (2.7)

FREQÜÊNCIA DE CHAVEAMENTO

Com o intuito de tornar o circuito pequeno é mais barato, adota-se uma freqüência de

chaveamento de:

50sf kHz= (2.8)

ONDULAÇÃO DE Vo

Valor adotado da ondulação sobre o capacitor filtro de saída:

5% 20o oV V V∆ = ⋅ = (2.9)

Desse modo, a tensão de saída variará nos seguintes valores:

max 410

2o

o o

VV V V

∆= + =

(2.10)

min 390

2o

o o

VV V V

∆= − =

(2.11)

37

ONDULAÇÃO DE IL

Pesando tamanho do magnético e influencia no TDH da corrente injetada na rede

através do estagio de inversão, é adotada a seguinte ondulação de corrente:

20% 0,632L LI I A∆ = ⋅ = (2.12)

FREQÜÊNCIA DE ONDULAÇÃO DA CORRENTE DE ENTRADA DO

INVERSOR

Como a freqüência da rede em que o sistema está conectado é de:

60redef Hz= (2.13)

Então, a ondulação da corrente na entrada do inversor é iguala a:

2 120ond redef f Hz= ⋅ = (2.14)

RAZÃO CÍCLICA MÁXIMA

A razão cíclica do sinal de controle é iguala a:

1 0, 478in

o

VD

V= − =

(2.15)

2.4.3 Ganho Estático

O ganho estático é justamente a relação entre a grandeza de saída e a grandeza de

entrada de um sistema em regime permanente. Para o conversor sob estudo, ela é dada por:

11,916

1o

vin

VG

V D= = =

−

(2.16)

38

2.4.4 Determinação dos Esforços de Tensão e Corrente nos

Componentes do Circuito de Potência

A determinação dos esforços de tensão e corrente nos componentes do conversor é

feita para a situação do pior caso de operação, assim os componentes poderão ser robustos o

suficiente para suportar todas as condições.

Antes de determinar esses esforços, temos que calcular algumas grandezas do circuito

de potência do conversor.

CORRENTE DE ENTRADA

Como a ondulação é menor que 30% (no indutor de entrada), a corrente média e eficaz

tem aproximadamente o mesmo valor de:

3,158in

Lin

PI A

V= =

(2.17)

CORRENTE DE SAÍDA

O valor médio da corrente de saída é igual a:

1, 403o

oo

PI A

V= =

(2.18)

RESISTÊNCIA DE CARGA

Para simular uma carga que consuma Po, temos:

2

arg _ 270oc a L

o

VR

P= = Ω

(2.19)

2

arg _ 92redec a NL

o inv

VR

P η= = Ω

⋅

(2.20)

Onde, ηinv é o rendimento da carga não linear adotada para simulação.

39

0,9invη = (2.21)

Tendo agora o valor dessas grandezas básicas do conversor, são encontrados os

esforços nos seguintes componentes:

DIODO

- Corrente Média Máxima: A corrente média através do diodo de transferência é igual

a corrente média de saída, assim:

max 1, 403Dmed oI I A= = (2.22)

- Corrente Eficaz Máxima: A corrente eficaz é encontrada usando a expressão (2.23),

max 1 2,511

2L

Def L

II I D A

∆ = + ⋅ − =

(2.23)

- Tensão Reversa Máxima: A tensão reversa sobre o diodo de transferência é encontrada

usando a expressão (2.24),

1, 2 480oPIV V V= ⋅ = (2.24)

CHAVE

- Tensão Máxima: A tensão máxima sobre a chave, sem considerar as sobre-tensões, é

igual a tensão de saída como expressada por (2.25),

max 400Sw oV V V= = (2.25)

- Corrente Eficaz: A corrente eficaz é encontrada usando a equação (2.26),

max 2, 40

2L

Sef L

II I D A

∆ = + ⋅ =

(2.26)

40

CAPACITOR C

- Tensão Máxima: A tensão máxima sobre o capacitor filtro de saída é igual à tensão

máxima de saída como expressada por (2.27),

max max 410C oV V V= = (2.27)

- Corrente Eficaz: A corrente eficaz circulando pelo capacitor filtro de saída é

encontrada usando a equação (2.28),

2 1,577Cef LI I D D A= − = (2.28)

De (2.9) e (2.12), temos que a resistência série equivalente do capacitor C é:

31, 65o

L

VRSE

I

∆≤ = Ω

∆

(2.29)

2.4.5 Dimensionamento dos Componentes

Com os valores dos esforços de tensão e corrente, é possível escolher os componentes

do conversor.

INDUNTÂNCIA L

A indutância do indutor L é encontrada usando a equação (2.30),

3,16in

s L

D VL mH

f I

⋅= =

⋅ ∆

(2.30)

No anexo A, é mostrado o projeto completo do elemento magnético.

CAPACITÂNCIA C

A capacitância do capacitor filtro de saída é dimensionada para absorver os pulsos de

corrente de 120Hz drenadas pelo inversor. Segundo [32] , o valor é encontrado usando

a equação (2.31):

41

( )2 2max min

21200o

o o

P tC F

V Vµ

⋅ ⋅ ∆= ≅

−

(2.31)

Onde o tempo de manutenção considerado é ∆t = 16,667ms, que representa um

período da rede.

DIODO D

Baseando-se em (2.23) e (2.24), é escolhido o diodo,

MUR 840 (600V – 8A) (2.32)

CHAVE S

Baseando-se em (2.25) e (2.26) e num baixo valor de Rds, escolhe-se:

IRFP460 - N-Channel 500V - 0.2Ω - 20A (2.33)

2.5 Conclusões

Nesse capitulo foi mostrado todo o embasamento teórico necessário para entendermos

o funcionamento em regime permanente do conversor elevador Boost em modo de condução

continua.

Ao mesmo tempo em que as equações foram apresentadas, foram calculados os

valores referentes ao conversor proposto no projeto. Com todos esses valores encontrados, foi

projetado todo o circuito de potência.

No conversor Boost deixando a malha formada entre a chave, diodo de transferência e

capacitor filtro, o mais curto possível, não é necessário um circuito snubber. A chave é

naturalmente grampeada pelo capacitor filtro de saída.

Circuito Snubber1: Um circuito Snubber é normalmente conectado em paralelo com um dispositivo semicondutor

para limitar o dv/dt, dentro da especificação máxima possível, causado normalmente pela brusca interrupção de corrente

que flui através de um indutor. São classificados dentro de dois grupos: passivos e ativos, podendo ser dissipativos, semi -

dissipativos ou regenerativos, onde o primeiro dissipa toda a energia que provoca o pico de tensão e o último que devolve

a fonte toda essa energia. Para mais informações, consulte [31] .

42

CAPÍTULO 3

3. ANALISE DO CIRCUITO DE CONTROLE DO CONVERSOR

BOOST

3.1 Introdução

O conversor elevador projetado no Capítulo 2 operando em MCC com freqüência de

50 kHz e razão cíclica de 0,478, permite elevar a tensão de entrada de 209 V do grupo de

painéis FV a 400 V, que é a tensão de entrada do estagio inversor. Variações na tensão de

entrada fazem com que a tensão de saída não seja constante, variando proporcionalmente com

a tensão de entrada.

Para garantir que na saída do conversor elevador esteja sempre disponível uma tensão

de 400 V para uma variação de 10% no valor da tensão de entrada, ou seja, com a tensão de

entrada variando entre 188V e 230V, o conversor elevador precisa ser auto-regulado. A auto-

regulação faz com que a razão cíclica seja alterada, mantendo o conversor operando no MCC

e na freqüência pré-definida.

Desse modo, pode-se variar a carga do conversor elevador desde vazio até plena carga

que o regulador manterá a tensão de saída dentro da faixa estipulada no projeto, como foi

visto no capítulo 2.

A partir do que foi exposto acima, constata-se a necessidade de um controle do

conversor elevador para que ele tenha essa característica de auto-regulação. Este controle faz

com que o conversor seja realimentado, alterando o ciclo de trabalho conforme as

necessidades.

No capítulo 1, foi feito um estudo dos tipos de malha e compensador e o melhor

sistema de controle encontrado para o conversor deste projeto é o controle por modo corrente

média com compensadores PI com filtro. Na Figura 3.1, temos uma ilustração do conversor

elevador com o sistema de controle proposto.

43

S C

L

V/0 R-

R81

R82

R29

R19

C19

C29

+

-

V:3;

R2

R1

C1

C2

+

-+

-

Vserra

MC

MT

Figura 3.1 – Conversor Boost com controle por modo corrente média e compensador PI com filtro.

3.2 Analise do Circuito de Controle

Toda análise de circuito de controle é baseada na representação de sistemas a partir de

equações no domínio da freqüência usando Laplace. Para isso, temos que representar os

elementos do conversor no domínio da freqüência usando as equações de Laplace.

Capacitor

1

C s⋅

(3.1)

44

Indutor

L s⋅ (3.2)

Os interruptores passivos (diodo) e ativos (transistor) dos principais conversores de

corrente contínua com modulação por largura de pulso (PWM), se apresentam por meio de

um dispositivo genérico de três terminais, proposto por Vatché Vorpérian [27] , que se

denomina interruptor PWM, que está representado na Figura 3.2.

Figura 3.2 – Diagrama de blocos da chave PWM.

A designação dos terminais “a”, ”c” e “p” se relaciona com os elementos a eles

conectados: “ativo”, “comum” e “passivo”, respectivamente. Este módulo, apesar de partir de

uma derivação analítica, mantém uma representação física, toda vez que representa o

interruptor e o diodo dos conversores.

Analisando as tensões e correntes presentes na Figura 3.2, podemos criar dois modelos

simplificados da chave PWM [28] :

45

- Modelo CC ou de Regime Permanente

O interruptor PWM sintetiza as propriedades entre tensões e correntes sobre os

interruptores, que se mantém nos principais conversores comutados PWM. Quando o

conversor Boost opera em modo de condução contínua, seus comportamentos são

demonstrados de Figura 3.3 à Figura 3.8.

Figura 3.3 – Corrente instantânea e média no terminal “c”.

Figura 3.4 – Corrente instantânea e média no terminal “a”.

46

Figura 3.5 – Corrente instantânea e média no terminal “p”.

Figura 3.6 – Tensão instantânea e média entre os terminais “a” e “p”.

Figura 3.7 – Tesão instantânea e média entre os terminais “c” e “p”.

47

Figura 3.8 - Tesão instantânea e média entre os terminais “a” e “c”.

Definindo-se os valores médios de Vap, Vcp, Vac, Ia, Ic e Ip e analisando suas formas

de onda, encontramos o seguinte sistema que representa sua modelagem:

Ia D Ic

Vcp Vap D

= ⋅

= ⋅

(3.3)

(3.4)

Analisando esse sistema, percebe-se que há uma outra maneira de representá-lo visto a

utilização de um único elemento elétrico básico (transformador) como podemos ver na Figura

3.9:

Figura 3.9 – Modelo CC da chave PWM.

48

Esse modelo da chave PWM é usado para encontrar o ganho estático do conversor em

regime permanente, como foi encontrado na equação (2.16).

Modelo CA ou de Pequenos Sinais

Esse modelo é utilizado para encontrar as Funções de Transferência (FT) do

conversor. Para determinar o modelo de pequenos sinais os valores médios Vap, Vcp, Ia e Ic,

das equações (3.3) e (3.4) são perturbados. Portanto, as relações de pequenos sinais vap∧, vcp

∧,

ia∧, ic

∧ são representadas pelas equações (3.5) e (3.6).

ˆ

ˆˆ

îa D îc Ic d

vcp D vâp Vap d

= ⋅ + ⋅

= ⋅ + ⋅

(3.5)

(3.6)

Do mesmo modo que no modelo CC, podemos representar o modelo CA para

pequenos sinais da chave PWM mostrado na Figura 3.10.

Figura 3.10 – Modelo CA para pequenos sinais da chave PWM.

49

3.2.1 Funções de Transferência

Utilizando a teoria mostrada no tópico anterior, podemos definir as funções de

transferência necessárias para o projeto do controle. Como temos uma malha de corrente

interna junto a malha de tensão, são necessárias as funções de transferência GiL(s)=iL/d,

Gvd(s)=vo/d, Gvv(s)=vo/vi e Z (s)=vo/iL. As FT.são encontradas baseando-se na topologia do

conversor Boost da Figura 3.11.

Figura 3.11 – Topologia do conversor Boost para projeto do controle.

Segundo [28] , como a FT possui muitos termos, simplificaremos criando-se as

seguintes variáveis:

1za

C rCω =

⋅

(3.7)

( )21SR D rL

zbL

ω ⋅ − − =

(3.8)

( )2

0

11 S

S

R D rL

RL Cω

⋅ − + = ⋅⋅

(3.9)

( )

0

(1 )S

LQ

LrL D rC

C R rC

ω ⋅=

+ − ⋅ +⋅ +

(3.10)

50

( )( )

2

3

1

1

SSd

SS

R DVK rL

R rCD R

⋅ − = ⋅ −+ − ⋅

(3.11)

( )( ) ( )2

1

1 1

SV

S

R DK

R D rL D D rC

⋅ −=

⋅ − + + ⋅ − ⋅

(3.12)

Logo, temos:

2

20 0

1 1( )

1

oD d

s sv za zb

G s Ks sd

ω ω

ω ω

∧

∧

+ ⋅ − = =

+ +

(3.13)

2

20 0

1( )

1

oVV V

i

sv za

G s Ks sv

ω

ω ω

∧

∧

+ = =+ +

(3.14)

Adotando-se D1 = (1-D), temos:

( )

( ) ( )2

11

1 1( )

11 1

e SS

SLi

SS S S

S

V R DC R rC s

D R D rCiG s

R D rCd R rC L C s L C rC R D s R D

R rC

∧

∧

⋅⋅ ⋅ + ⋅ + + ⋅ + = =

⋅ ++ ⋅ ⋅ ⋅ + + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅

+

(3.15)

( ) ( )

( )

21 1( )

11 11

So SV

SSL S

S

R D L D s C rC sv R rCG s

R D DR D rCi R rC C sR D rC

∧

∧

⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅+= = ⋅

⋅ ⋅⋅ + + + + ⋅ ⋅⋅ +

(3.16)

51

3.3 Projeto do Circuito de Controle

Usando as equações (3.15) e (3.16), é projetado o circuito de controle descrito no

capitulo 1 utilizando o compensador descrito em (1.17). Mas antes, é necessário satisfazer as

especificações e as considerações do conversor para o pior modo de operação.

3.3.1 Especificações

Tensão de entrada:

209eV V= (3.17)

Tensão de saída:

400SV V= (3.18)

Indutância L:

3,16L mH= (3.19)

Resistência série da indutância L:

1,44rL = Ω (3.20)

Capacitância:

1200C Fµ= (3.21)

Resistência série do capacitor segundo datasheet do fabricante:

0,5rC = Ω (3.22)

Resistência de carga:

270SR = Ω (3.23)

Potência de saída:

600oP W= (3.24)

52

Potência de entrada:

660iP W= (3.25)

Razão cíclica em plena carga:

0,478D = (3.26)

Amplitude do sinal dente de serra:

5serraV V= (3.27)

Tensão de referência para a malha de corrente:

2, 5refiV V= (3.28)

Tensão de referência para a malha de tensão:

2, 5refvV V= (3.29)

Resistência de shunt (sensor de corrente):

0, 05shR = Ω (3.30)

Ganho do amplificador diferencial da malha de corrente:

15,833difK = (3.31)

Freqüência de chaveamento:

50sf kHz= (3.32)

3.3.2 Dimensionamento dos Componentes do Circuito de Controle

Baseando-se na teoria vista no capítulo 1, são projetados as malhas de corrente e

tensão para o conversor Boost.

53

Malha de Corrente

Primeiro é analisada a FT de laço aberto sem compensador. Ele é dado pela expressão

(3.33) e seu diagrama de Bode pode ser visto na Figura 3.12. A função de transferência de

laço aberto sem compensador é definida por:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )sci i m i eFTLA s G s F s H s H s= ⋅ ⋅ ⋅ (3.33)

Onde:

( )i sh difH s R K= ⋅ (3.34)

1( )m

serra

F sV

= (3.35)

A FT He(s) introduz dois zeros no semi-plano direito do sistema, onde a mesma

representa as não idealidades do conversor para freqüências maiores a metade da freqüência

de chaveamento. Então, para esta situação o compensador deve ser projetado.

2

( ) 1eZ

s sH s

z z Qω ω = + + ⋅

(3.36)

Onde,

sz fω π= ⋅ (3.37)

2ZQ π

−=

(3.38)

54

Figura 3.12 – Diagrama de Bode do sistema não compensado.

A freqüência de cruzamento escolhida é dada por (3.39):

10

5s

ci

ff kHz= =

(3.39)

O ganho do compensador é dado por:

( )( )20 log 2 10 9,501sciAV FTLA k dBπ= ⋅ ⋅ ⋅ = (3.40)

A margem de fase adotada é:

45MF = ° (3.41)

O avanço de fase requerido é de:

1 10 100 1 103

× 1 104

× 1 105

×40−

10−

20

50

80

20 log FTLAsci s( )( )⋅

0

s

2 π⋅

1 10 100 1 103

× 1 104

× 1 105

×180−

140−

100−

60−

20−

20

60

100

arg FTLAsci s( )( )180

π⋅

0

s

2 π⋅

55

90 86, 5GcMF Pα = − − ° = ° (3.42)

Onde,

( )( ) 180

arg 2 126,5Gc ciP FTLA fππ

= ⋅ ⋅ ⋅ = − ° (3.43)

Para alocar os pólos e os zeros é usada a técnica do fator k. Já que o avanço de fase é

menor 90o, então é usada a curva α(k) da Figura 3.13.

Figura 3.13 – Curvas de avanço de fase em função do fator k.

As curvas de avanço de fase em função do fator k são traçadas usando as expressões

(3.44) e (3.45).

( )( ) 1801( 1) 4 arctank kα π

π= ⋅ − ⋅

(3.44)

( ) 180

( ) 2 arctan 12

k kπ

απ

= ⋅ − ⋅

(3.45)

Então, a partir da Figura 3.13 para α = 81,5° o fator k é igual a:

13,43k = (3.46)

O pólo e o zero do compensador são alocados, respectivamente, nas freqüências de:

1 10 100 1 103

× 1 104

×

0

50

100

150

200

α k( )

α1 k1( )

k k1,

α(k)

α1(k1)

56

1 744, 602ci

Z

fF Hz

k = =

(3.47)

( )1 134,3P ciF f k kHz= ⋅ = (3.48)

O ganho do compensador em termos de valor absoluto é dado por:

2010 2,986AV

G = = (3.49)

Adotando-se:

1 10R k= Ω (3.50)

Desse modo, podemos calcular os outros elementos do compensador adotado (Figura

3.14). Os valores mostrados estarão conforme os valores encontrados comercialmente.

12 39

2 1ci

C pFf G k Rπ

= ≅⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

(3.51)

( )21 2 1 6,8C C k nF= ⋅ − ≅ (3.52)

2 31

2 1ci

KR k

f Cπ= ≅ Ω

⋅ ⋅ ⋅

(3.53)

Figura 3.14 – Compensador PI com filtro.

57

O diagrama de Bode do compensador projetado para a malha de corrente é mostrada na

Figura 3.15.

Figura 3.15 – Diagrama de Bode do compensador da malha de corrente.

Incluindo o compensador, obtem-se:

( ) ( ) ( )cci sci iFTLA s FTLA s C s= ⋅ (3.54)

Onde, Ci(s) é a F.T. do compensador da malha de corrente:

( )1 2 1

( )1 2 1 2 1 2i

C R sC s

R s R C C s C C

⋅ ⋅ +=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + +

(3.55)

1 10 100 1 103

× 1 104

× 1 105

×40−

20−

0

20

40

60

80

20 log Ci s( )( )⋅

0

s

2 π⋅

10 100 1 103

× 1 104

× 1 105

×180−

145.714−

111.429−

77.143−

42.857−

8.571−

25.714

60

arg Ci s( )( )180

π⋅

s

2 π⋅

58

O diagrama de Bode do sistema compensado encontra-se na Figura 3.16.

Figura 3.16 – Diagrama de Bode do sistema compensado.

Percebemos que o sistema está cruzando o 0dB em 10kHz e a margem de fase é

entorno de 45°, portanto, o sistema é estável.

Malha de Tensão

A FT de laço aberto sem o compensador da malha de tensão é dada por:

1( ) ( ) ( )

( )scv v Vi

FTLA s H s G sH s

= ⋅ ⋅ (3.56)

0.1 1 10 100 1 103

× 1 104

× 1 105

×40−

16.667−

6.667

30

53.333

76.667

100

20 log FTLAcci s( )( )⋅

0

s

2 π⋅

10 100 1 103

× 1 104

× 1 105

×180−

150−

120−

90−

60−

30−

0

30

arg FTLAcci s( )( )180

π⋅

s

2 π⋅

59

Onde Hv(s) é a função transferência do elemento de medição da tensão.

( ) refv

vS

VH s

V=

(3.57)

O diagrama de Bode em laço aberto da malha de tensão sem compensador é mostrado

na Figura 3.17.

Figura 3.17 – Diagrama de Bode do sistema não compensado.

1 10 100 1 103

× 1 104

× 1 105

×80−

60−

40−

20−

0

20

40

20 log FTLAscv s( )( )⋅

0

s

2 π⋅

1 10 100 1 103

× 1 104

× 1 105

×180−

150−

120−

90−

60−

30−

0

30

arg FTLAscv s( )( )180

π⋅

0

s

2 π⋅

60

A freqüência de cruzamento deve ser escolhida segundo a expressão abaixo:

30

4ond

cv

ff Hz≤ =

(3.58)

Logo, adotou-se:

20cvf Hz= (3.59)

O ganho necessário para colocar na freqüência de cruzamento fcv, que deve ser

proporcionado pelo compensador é iguala a:

( )20 log (2 ) 31,01v scv cvAV FTLA f dBπ= − ⋅ ⋅ = (3.60)

( )( ) 180

arg 2 71, 41Gcv scv cvP FTLA fππ

= ⋅ ⋅ ⋅ = − ° (3.61)

A margem de fase adotada é:

56vMF = ° (3.62)

Logo, o avanço de fase necessário é igual a:

90 37, 41v v GcvMF Pα = − − ° = ° (3.63)

Da Figura 3.13, tem-se:

2, 03vk = (3.64)

Logo, o zero e o pólo são alocados nas seguintes freqüências:

1 9,852cv

Z vv

fF Hz

k

= =

(3.65)

( )1 40,6p v cv vF f k Hz= ⋅ = (3.66)

O ganho do compensador em termos absolutos é:

2010 35, 524

vAV

vG = = (3.67)

61

Assumindo R1v = 10kΩ e usando, respectivamente, (3.51), (3.52) e (3.53), temos os

seguintes valores para os elementos do compensador da malha de tensão:

2 10vC nF≅ (3.68)

1 33vC nF≅ (3.69)

2 470vR k≅ Ω (3.70)

Desse modo, a FT do compensador é:

( )1 2 1

( )1 2 1 2 1 2

v vv

v v v v v v

C R sC s

R s R C C s C C

⋅ ⋅ +=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + +

(3.71)

O diagrama de Bode do compensador está ilustrado na Figura 3.18.

Figura 3.18 – Diagrama de Bode do compensador da malha de tensão.

1 10 100 1 103

× 1 104

× 1 105

×40−

20−

0

20

40

60

80

20 log Cv s( )( )⋅

0

s

2 π⋅

1 10 100 1 103

× 1 104

×180−

145.714−

111.429−

77.143−

42.857−

8.571−

25.714

60

arg Cv s( )( )180

π⋅

s

2 π⋅

62

A FT do sistema compensado é:

( ) ( ) ( )ccv scv vFTLA s FTLA s C s= ⋅ (3.72)

O diagrama de Bode do sistema compensado está representado na Figura 3.19.

Figura 3.19 – Diagrama de Bode do sistema compensado.

Percebemos que o sistema está cruzando 0dB em 20Hz e a margem de fase é

aproximadamente 58°. Portanto, o sistema é estável.

3.4 Dimensionamento do MPPT

Visando utilizar a potência máxima disponibilizada pelos painéis FV, desenvolvemos

uma rotina em linguagem C que simula um algoritmo MPPT. Segundo [29] e o capítulo 1

deste trabalho, o MPPT P&O é o mais indicado.

1 10 100 1 103

× 1 104

×80−

60−

40−

20−

0

20

40

20 log FTLAccv s( )( )⋅

0

s

2 π⋅

1 10 100 1 103

× 1 104

×180−

150−

120−

90−

60−

30−

0

30

arg FTLAccv s( )( )180

π⋅

s

2 π⋅

63

Na Figura 1.14, temos o fluxograma do código em C que foi desenvolvido para

implementar o MPPT. Esse código foi desenvolvido no programa DEV C++ e exportado em

arquivo tipo DLL para poder simular no programa PSIM.

No DEV C++, um projeto tipo DLL foi criado. Nele, dois arquivos foram inseridos: o

MPPT.h, que define os parâmetros da conversão para o formato DLL, e o MPPT.c, que inclui

a função simuser, definida pelo PSIM onde o simulador executa os comandos contidos nela.

Podemos encontrar esse dois arquivos nas Tabela 1 e Tabela 2, respectivamente.

Assumindo-se ∆Vref = 0,05V, o que implica numa variação da razão cíclica de ∆D =

0,01, o que satisfaz os critérios propostos por [29] .

Tabela 1 – Arquivo MPPT.h

#/;43; _MPPT_H_

#43;/03 _MPPT_H_

#/0clu43 <,+4/-.h>

#/0clu43 <.8+h.h>

__43cl,p3c(4ll32p-:+) 9-/4 ,/.u,3:(4-ubl3 +7 4-ubl3 43l+7 4-ubl3 */07 4-ubl3 *-u+);

#304/; /* _MPPT_H_ */

64

Tabela 2 – Arquivo MPPT.c

/* R3pl8c3 ".y4ll.h" w/+h +h3 08.3 -; y-u: h3843: */ #/0clu43 "MPPT.h" #/0clu43 <.8+h.h> #/0clu43 <,+4/-.h> ,+8+/c 4-ubl3 V507 V1507 I507 I1507 Vbu,507 P507 P1507 V:3;52.57 V/0c 5 0.2; ,+8+/c 4-ubl3 4P507 4V507 850; 9-/4 __43cl,p3c(4ll32p-:+) ,/.u,3: (4-ubl3 +7 4-ubl3 43l+7 4-ubl3 */07 4-ubl3 *-u+) // N-+3 +h8+ 8ll +h3 98:/8bl3, .u,+ b3 43;/034 8, "4-ubl3" //MPPT P&O // Aqu/,/çã- 43 98l-:3, 43 +30,ã- 3 c-::30+3 4- p8/03l V1 5 V; //S8l9804- 484-, 4- 3,+84- (k61) I1 5 I; //S8l9804- 484-, 4- 3,+84- (k61) P1 5 P; //S8l9804- 484-, 4- 3,+84- (k61) V 5 /0[0]; I 5 /0[2]; P 5 V*I; //C8lcul- 48 p-+ê0c/8 // Aqu/,/çã- 48 +30,ã- 4- b8::8.30+- Vbu, 5 /0[1]; // C8lcul- 4- MPPT /; (V:3;>3.5) //L/./+8 +30,ã- 43 :3;3:ê0c/8 V:3; 5 3.5; /; (V:3;<0) V:3; 5 0; /;(Vbu,>52.5 && Vbu,<53) //L/./+8 -p3:8çã- 0- MPPT 4P 5 P 6 P1; 4V 5 V 6 V1; /; (4P > 0) //V3:/;/c8 ,3 p-+ê0c/8 8u.30+8 /; (4V > 0) V:3; 5 V:3; + V/0c; 3l,3 V:3; 5 V:3; 6 V/0c; /; (4P < 0) //V3:/;/c8 ,3 p-+30c/8 43c:3,c3 /; (4V > 0) V:3; 5 V:3; 6 V/0c; 3l,3 V:3; 5 V:3; + V/0c; 8 5 1;

/;(Vbu,<2.5) //A,,3gu:8: c8::3g8.30+- 4-, C V:3; 5 2.5; 8 5 2; /;(Vbu,>2.8) //L/./+8: +30,ã- 0- b8::8.30+- V:3; 5 2.5; 8 5 3; // S304 +h3 98lu3, b8ck +- PSIM -u+[0] 5 V:3;; -u+[1] 5 8; -u+[2] 5 P*60.6956; //F/. 4- có4/g-

65

3.5 Conclusões

Nesse capítulo, foram projetadas as duas estratégias de controle adotadas no capítulo

1: o Controle por Modo Corrente Média e o MPPT P&O. Através dos diagramas de Bode

gerados no MATHCAD, percebemos que o projeto atende as especificações e considerações

iniciais.

No próximo capítulo 4, são feitas simulações para validar tanto o projeto do circuito

de potência como o circuito de controle.

Importante observar que através das simulações que são apresentadas no próximo

capítulo será possível obter conclusões da eficiência ou não da estratégia de controle.

66

CAPÍTULO 4

4. RESULTADOS DE SIMULAÇÃO

4.1 Introdução

Nessa seção são apresentados os resultados de simulação do sistema projetado nos

capítulos 2 e 3 para diferentes tipos de carga. Desta maneira é testada a robustez do controle e

a eficiência do MPPT quando há uma variação na radiação solar.

A partir das simulações obtidas, serão feitas conclusões da estratégia de controle

adotada: Assim, será possível definir se somente controle modo corrente média, ou somente o

MPPT P&O ou as duas anteriores devem operar em conjunto.

As simulações seguem a seguinte ordem:

Tabela 3 – Descrição das simulações executadas.

Número Descrição das simulações

1 Simulação em malha aberta para verificar as características do circuito de potência

propriamente dito;

2 Simulação com controle modo corrente média para verificar a robustez do controle

e sua resposta a mudanças bruscas de carga;

3 Simulação com MPPT P&O para verificar o ganho de entrega de potência

proporcionado por esse algoritmo frente à mudança da radiação solar;

4 Simulação com o MPPT P&O em cascata com o controle modo corrente média,

onde o MPPT gerará uma referência ótima para a máxima transferência de

potência e a malha proporcionará robustez e proteção ao sistema.

67

Teoricamente, o último arranjo é o mais apropriado, no entanto, não sabemos como

esses dois controles se comportaram atuando em conjunto. Para a simulação do MPPT, o

bloco DLL do simulador PSIM foi utilizado. Esse bloco executa a função simuser que está

dentro do arquivo MPPT.dll gerado em linguagem C no programa DEV C++. O código foi

apresentado na Tabela 2.

O tempo de amostragem Ta da tensão de barramento CC Vbus, da tensão de saída dos

painéis Vin e corrente de saída Iin é definido no bloco ZOH (Zero Order Hold) e segundo [29]

deve ser calculado utilizando-se (4.1).

aT Tε≥ (4.1)

Onde, normalmente, assume-se ε=0,1 para sistemas dinâmicos no limiar na

ressonância, onde o transiente acaba [29] . Desse modo, o algoritmo do MPPT não será

afetado por oscilações transientes intrínsecas ao painel FV.

Tε pode ser calculado por:

( )1ln

n

Tε εξ ω

≅ − ⋅⋅

(4.2)

Onde,

1

22

Ci L i

MPP i

MPP

R R CLV C LI

ξ+

= ⋅ + ⋅⋅

(4.3)

1n

iL Cω =

⋅

(4.4)

Para o nosso sistema, encontramos:

( )1ln 0,1 0, 008

0,559 513,530T sε ≅ − ⋅ =

⋅

(4.5)

Logo, na simulação executada, assumiremos:

0, 01aT s= (4.6)

68

Para todas as simulações realizadas nesse trabalho, o bloco que simula o painel FV foi

configurado segundo os parâmetros apresentados na Tabela 4

Tabela 4 – Parâmetros do painel FV para simulação.

Variável Valor

Ns 432

S 1000

Temperatura de referência 25

Rs 0,008

Rsh 1000

Isc0 3,45

Is0 2,16e-8

Eg 1,12

A 1,2

Ct 0,0024

Ks 0

69

4.2 Circuitos de Simulação

Os circuitos utilizados na simulação no software PSIM serão apresentados neste tópico

seguindo a ordem da Tabela 3.

4.2.1 Malha Aberta

Na Figura 4.1, tem-se o circuito utilizado para simular o conversor em malha aberta,

com dois degraus de carga: entre 1 e 1,5s uma carga resistiva de 269Ω e de 2 a 2,5s uma carga

não linear (inversor alimentado um resistor de 92Ω).

Figura 4.1 – Circuito para simulação em malha aberta

70

4.2.2 Controle por Modo Corrente Média

Na Figura 4.2, tem-se o circuito utilizado para simular o conversor com controle por

modo corrente média, com dois degraus de carga: entre 1 e 1,5s, uma carga resistiva de 270Ω

e, entre 2 a 2.5s, uma carga não linear (inversor alimentado um resistor de 90Ω).

Figura 4.2 – Circuito para simulação com controle por modo corrente média.

71

4.2.3 MPPT P&O

Na Figura 4.3, tem-se o circuito utilizado para simular o conversor com MPPT P&O,

com dois degraus de carga: entre 0,8 e 1,5s, uma carga resistiva de 269Ω e, entre 1,8 a 2,8s;

uma carga não linear (inversor alimentado um resistor de 92Ω).

Figura 4.3 – Circuito para simulação com MPPT P&O.

72

4.2.4 Controle por Modo Corrente Média e MPPT P&O Associados

Na Figura 4.4, tem-se o circuito utilizado para simular o conversor com controle por

modo corrente média e MPPT P&O associados, com dois degraus de carga: entre 0,7 e 1,5s,

uma carga resistiva de 269Ω e, entre 1,8 a 2,5s, uma carga não linear (inversor alimentado um

resistor de 92Ω).

Figura 4.4 - Circuito para simulação com MPPT e controle modo corrente.

73

4.3 Resultados de Simulação

4.3.1 Formas de Onda

Nesse tópico, será apresentado todas as formas de onda obtidas na simulação realizada

com os circuitos apresentados no tópico anterior.

Malha aberta

Na Figura 4.5, tem-se as tensões de entrada e saída do Boost operando em malha

aberta. Percebe-se que em plena carga a regulação da tensão de saída está de acordo com o

projeto, mas há um grande problema de sobretensão quando ele opera à vazio, podendo

danificar os componentes.

Figura 4.5 – Formas de onda das tensões de entrada e saída do conversor.

Na Figura 4.6 temos o gráfico com as potências de entrada e saída do conversor.

Percebe-se que ambas respeitam a potência especificada no projeto e comprova que a radiação

solar média adota faz com que os painéis possam fornecer essa potência.

V-u+

V_PV V_C8:g8NL

74

Figura 4.6 – Formas de onda das potências de entrada e saída do conversor e o fator de potencia na carga não linear.

Através da Figura 4.7 verifica-se que o conversor está operando corretamente no

MCC, pois a corrente IL apresenta-se continua e não zera quando o conversor esta com carga.

Figura 4.7 – Formas de onda das correntes de entrada através do indutor L e da carga não linear.

S-l8:_W

IL

I4 I_PV

C8:g8NL_W

C8:g8L_W

75

Controle por Modo Corrente Média

Na Figura 4.8 temos as formas de onda das tensões de entrada e saída do Boost.

Percebe-se que o controle projetado faz com que o conversor tenha uma ótima regulação,

tanto em plena carga como em operação a vazio.


As curvas de potência de entrada e saída da Figura 4.9 mostram que a potência

entregue é um pouco menor que em malha aberta, visto que a carga é fixa e a tensão na saída

variou comprando os dois casos. Isso aponta possíveis problemas em implementar o MPPT e

o CMCM juntos. No entanto, esse estudo será realizado no próximo tópico.

Vbu,

V,-l8:C3ll,

V_C8:g8NL

76

Figura 4.9 – Formas de onda das potências de entrada e saída.

Do mesmo modo, a Figura 4.10 mostra que o conversor opera adequadamente no

MCC.


W_S-l8:

W_R343 W_CNL

I,-l8:c3ll,

IL

I4

77

MPPT P&O

A Figura 4.11 mostra a tensão de saída do conversor quando o MPPT foi utilizado

para gerar o sinal de referência para o chaveamento do conversor. Como era esperado, há um

problema de regulação do conversor em operação a vazio.


Para analisar o funcionamento do MPPT, o valor da radiação solar de entrada foi

variado entre 1100 e 900W/m² a 4Hz. Desse modo, foi possível observar na Figura 4.12 a

oscilação da potência de entrada do conversor e a potência de saída do conversor, que já se

apresenta superior a potência de saída das simulações anteriores.

V-u+

V,-l8:C3ll,

V_C8:g8NL

78


Na Figura 4.13, observa-se que o conversor também opera corretamente no MCC

quando o MPPT P&O é utilizado.


S-l8:W

W_C8:g8L

W_C8:g8NL

IL

I4

I,-l8:c3ll,

79

Na Figura 4.14, temos um gráfico com o sinal de referência gerado pelo MPPT.

Percebe-se que, enquanto o conversor está em carga e a radiação solar varia, o algoritmo

procura deixar o conversor transferindo a máxima potência e quando está a vazio, lança a

referência para seu valor inicial de 2,5V.

Figura 4.14 – Atuação do MPPT devido a variação da radiação solar.

Controle por Modo Corrente Média e MPPT P&O Associados

Com o CMCM e MPPT associados, o gráfico da Figura 4.15 foi obtido, mostrando-se

a tensão de saída do conversor. Percebe-se que não há mais uma sobretensão tão grande como

na operação em malha aberta. No entanto, ocorre uma perda de regulação quando a carga não

linear é conectada.

Isso ocorre devido à instabilidade gerada na utilização do CMCM e MPPT juntos,

fazendo com que o conversor fique alternando entre o MCC e o MCD, como pode ser visto na

Figura 4.17.

0 1 2 3 4

Time (s)

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

MPPTref

80


A Figura 4.16 mostra que a potência entregue a carga nesse tipo de controle é instável

e menor que nos casos simulados anteriormente.


V-u+

V,-l8:C3ll,

V_C8:g8NL

S-l8:W

W_C8:g8L

W_C8:g8NL

81

A Figura 4.17 mostra que o conversor não opera corretamente, entrando no MCC e

MCD quando está em carga, ocasionando uma não regulação na tensão de saída e uma menor

potência transferida.


Figura 4.18 – Atuação do MPPT devido a variação da radiação solar.

IL

I4

I,-l8:c3ll,

82

A Figura 4.18 mostra o sinal de referência gerado. Percebe-se que o algoritmo não está

trabalhando em cima da variação da radiação solar, mas devido a oscilação causadas pelo

CMCM.

4.3.2 Verificação do MPPT

Para verificar o ganho provocado pelo MPPT, foi feita uma simulações à parte, com a

mesma carga e a mesma variação de radiação solar para o Boost em quatro casos conforme

Tabela 5. O circuito encontra-se na Figura 4.19.

Na simulação, adotou-se a radiação solar variando em uma freqüência de 4Hz entre os

valores de 1100W/m² e 800W/m².

Tabela 5 – Quatro casos para verificar o ganho causado pelo MPPT.

Número Casos

1 CMCM e MPPT P&O; carga não linear com 92Ω; variação da radiação solar em

4Hz, onda quadrada entre 1100W/m² e 900W/m².

2 MPPT P&O; carga não linear com 92Ω; variação da radiação solar em 4Hz, onda

quadrada entre 1100W/m² e 900W/m².

3 Malha aberta; carga não linear com 92Ω; variação da radiação solar em 4Hz, onda


4 CMCM; carga não linear com 92Ω; variação da radiação solar em 4Hz, onda


84

Figura 4.19 – Circuito de simulação para comparar ganho do MPPT.

Na Figura 4.20, temos as tensões de entrada e saída para a simulação de comparação

em os quatros modos adotados na Tabela 5. Percebe-se que há uma perda maior de regulação

para o caso 1 e os outros três casos são praticamente equivalentes, tirando a sobre tensão dos

casos 2 e 3, como já esperado.

85

Figura 4.20 – Formas de onda das tensões de entrada e saída do conversor na simulação para comparar o ganho do MPPT.

As potências de entrada e saída são mostradas na Figura 4.21. Percebe-se já que a

potencia processada pelo conversor no caso 1 é menor, devido a instabilidade que ocorre

quando CMCM e MPPT operam juntos previsto no tópico anterior.

V-2

V-1

V-4

V-3

V_,-l8:C3ll,1

V_,-l8:C3ll,4

V_,-l8:C3ll,3

V_,-l8:C3ll,2

86

Figura 4.21 – Formas de onda das potências de entrada e saída do conversor para comparar o ganho do MPPT.

A Figura 4.22 mostra o período de simulação obtido para calcular o rendimento do

conversor. Dele foram extraídos os valores eficazes de potência de entrada e saída do Boost

para os quatro casos.

W_S-l8:3

W_S-l8:1

W_S-l8:2

W_S-l8:4

W_CNL2

W_CNL1 W_CNL4

W_C8:g8NL3

87

Figura 4.22 – Detalhe no intervalo adotado para calcular as potências eficazes de entrada e saída do conversor.

Esses valores estão disponíveis na Tabela 6, onde tem-se que o menor rendimento do

sistema foi obtido para o caso 3. Nos outros casos, o rendimento foi praticamente o mesmo,

no entanto, como esperado, o caso 1 foi o que apresentou a menos capacidade de entrega de

potência a carga. O melhor resultado foi obtido para o caso 2, o que justifica a implementação

apenas do MPPT P&O para controlar o conversor do estágio elevador.

Tabela 6 – Potência recebida e processada pelo conversor Boost na simulação para comparar eficácia do MPPT.

Número Potência de Entrada Eficaz Potência de Saída Eficaz Rendimento

1 475,28W 450,69W 94,83%

2 573,80W 542,92W 94,62%

3 572,92W 527,96W 92,15%

4 540,27W 510,08W 94,41%

W_S-l8:3

W_S-l8:4

W_S-l8:2

W_S-l8:1

W_CNL1

W_CNL4

W_CNL3 W_CNL2

88

A Figura 4.23 mostra as formas de onda das correntes de entrada e no indutor L do

conversor elevador.

Figura 4.23 – Formas de onda das correntes de entrada e saída do conversor para comparar o ganho do MPPT.

IL4

IL3

IL2

IL1

I_,-l8:C3ll,2 I_,-l8:C3ll,3

I_,-l8:C3ll,1

I_,-l8:C3ll,4

89

Figura 4.24 – Sinal de referência gerado pelo MPPT nos casos 1 e 2.

4.4 Conclusões

Nesse capitulo foram obtidos os resultados de simulação para o conversor Boost

projetado no capitulo 02 e para o CMCM e para o MPPT P&O projetados no capitulo 03.

Em relação ao projeto do conversor, podemos constatar que tudo foi bem projetado na

simulação em malha aberta, onde para uma carga de 600W, a tensão de saída permanece em

aproximadamente 400V. No entanto, para operação em vazio, a tensão de saída ultrapassa os

600V. Logo, justifica-se a implementação de um controle como o apresentado no capítulo 3.

No entanto, tivemos um problema com a operação conjunta do CMCM e o MPPT

P&O. Enquanto o CMCM tenta regular a tensão de saída em 400V e a corrente através do

indutor em 3,15A, o algoritmo do P&O tenta elevar essas grandezas para alcançar o MPP,

criando-se assim um conflito e uma diminuição da eficiência como visto na Tabela 6.

Portanto, ou deve-se priorizar a constância na tensão do barramento CC ou a

transferência máxima de potência. Uma solução encontrada foi fazer com que o controle do

inversor do estágio de inversão do sistema mantenha a tensão no barramento constante. Desse

modo, o conversor Boost estará apto a transferir a máxima potência sem a necessidade de

MPPT:3;1

MPPT:3;2

90

monitorar e estabilizar a tensão no barramento, desse modo, pode-se abrir mão do CMCM. O

algoritmo P&O não é capaz de sozinho limitar a tensão do barramento, como é observada na

Figura 4.11.

É importante salientar que essa solução só é valida para o inversor que interliga o

sistema a rede. Se o sistema apenas alimenta-se uma carga, não poderíamos deixar de utilizar

o CMCM na ausência de um banco de baterias.

91

CAPÍTULO 05

5. INTERLIGAÇÃO DOS ESTÁGIOS E AVALIAÇÃO DO SISTEMA

5.1 Introdução

Nesse capítulo é abordada a interligação dos dois estágios (elevador e inversor) do

sistema proposto. O estágio de inversão foi projetado e apresentado no TCC de Guilherme

Andrew Tomasi Hertz. São utilizados apenas os valores finais dos elementos encontrados sem

discuti-los.

5.2 Interligação dos Estágios

Como foi visto no capitulo 4, o algoritmo P&O não consegue regular o barramento CC

por si só e a implementação de um CMCM desestabiliza o sistema. Logo, a solução

encontrada foi que o controle do inversor que interliga o sistema a rede regule a tensão de

barramento.

Se o sistema não for interligado a rede, mas utilizado para alimentar uma carga, o

MPPT do Boost deverá ser substituído pelo CMCM projetado no capitulo 3 se não houver um

banco de baterias no barramento CC.

A FT do controle do inversor que garante os 400V é dada por:

ˆ( )

ˆi inv L i inv

Vinvbus L invL

v L I s V DG s

C V s I Di

⋅ ⋅ + ⋅= =

⋅ ⋅ − ⋅

(5.1)

Desse modo, o Boost pode trabalhar apenas inserindo a máxima potência no inversor

extraída dos painéis fotovoltaicos.

92

5.3 Simulação do Sistema Interligado

Após todas as sucessivas etapas de projeto, desde a revisão bibliográfica até o projeto

e simulação dos estágios separados, nesse tópico realizaremos a simulação do sistema

proposto. O circuito utilizado nessa simulação encontra-se na Figura 5.1.

5.3.1 Circuito de Simulação

Nas Figura 5.1 e Figura 5.2, tem-se o circuito utilizado para simular o sistema proposto interligado. A Figura 5.1 mostra o circuito do conversor Boost controlado pelo bloco DLL onde o código do MPPT P&O é emulado.

Figura 5.1 – Circuito de simulação do sistema interligado: Estágio Boost.

93

A Figura 5.2 mostra o inversor projetado para injeção da potencia dos painéis à rede

elétrica. Nesse circuito já é adicionado o trafo em baixa freqüência para isolar o sistema da

rede e um relé controlado pelo bloco DLL para controlar sua ligação com a rede elétrica.

Figura 5.2 – Circuito de simulação do sistema interligado: Estágio Inversor

Para esta simulação é usado uma fonte de tensão senoidal de 220Vrms e 60Hz para

simular a rede elétrica. Para verificar a atuação do MPPT, variamos o valor de entrada do

circuito (radiação solar) entre 1200W/m² e 800W/m² (mantendo-se a média de 1000W/m²

como visto no capitulo 1) em forma de onda quadrada de 4Hz.

Para o MPPT, adotou-se Ta = 0,01s e ∆Vref = 0,05V. A entrada do estágio de inversão

só ocorre quando a tensão no barramento CC atinge 300V, para evitar possíveis picos de

correntes devido a diferença de potencial entre a saída do Boost e a entrada do inversor.

94

Para manter o controle do inversor estável, desenvolveu-se um Softstart no programa

que roda no bloco DLL para que, quando o inversor seja ligado, a referência do controle seja

equivalente aos 300V e essa referência varia em rampa até o valor de 3,2V, o que corresponde

a 400V no barramento CC.

O código utilizado no bloco DLL é um pouco diferente do utilizado nas simulações do

capítulo 4, pois, nessa simulação, é monitorado o instante em que o sistema entrega ou não

potência à rede elétrica. Se não houver corrente fluindo dos painéis para o Boost, o sistema é

desconectado da rede. Quando flui essa corrente e a tensão atinge 300V, o sistema é

interligado.

Além disso, um loop foi adicionado para monitorar a corrente no indutor para que ela

não ultrapasse o valor máximo de 10A suportado pela chave.

Tabela 7 – Código do bloco DLL para sistema interligado.

#/0clu43 "MPPT.h" #/0clu43 <.8+h.h> #/0clu43 <,+4/-.h> ,+8+/c 4-ubl3 V507 V1507 I507 I1507 Vbu,507 P507 P1507 V:3;52.57 V/0c 5 0.05; ,+8+/c 4-ubl3 4P507 4V507 :3l3507 IL507 8u252.57 :3;/0952; 9-/4 __43cl,p3c(4ll32p-:+) ,/.u,3: (4-ubl3 +7 4-ubl3 43l+7 4-ubl3 */07 4-ubl3 *-u+) /* I0,3:/: c-.804-, 8qu/. */ // N-+3 +h8+ 8ll +h3 98:/8bl3, .u,+ b3 43;/034 8, "4-ubl3" // MPPT P&O //I0/c/- //Aqu/,/çã- 43 98l-:3, 43 +30,8- 3 c-::30+3 4- p8/03l V1 5 V; I1 5 I; P1 5 P; V 5 /0[0]; I 5 /0[2]; P 5 V*I; //Aqu/,/çã- 48 +30,8- 4- b8::8.30+- Vbu, 5 /0[1]; IL 5 /0[3]; //I0+3:l/g804- à :343 /;(Vbu,>51.9) :3l3 5 1; //C8lcul- 4- MPPT c-. p:-+3çã- 43 ,-b:3 +30,ã- 4P 5 P 6 P1;

/; (4P > 0) V:3; 5 V:3; + V/0c; /; (4P < 0) V:3; 5 V:3; 6 V/0c; //L/./+804- :8zã- c/cl/c8 /; (V:3;>3.5) V:3; 5 3.5; /; (V:3;<0) V:3; 5 0; //P:-+3çã- 43 c-::30+3 /;(IL>10) V:3; 5 V:3; 6 1; //S-;+S+8:+ 4- I093:,-: /;(:3l3551) :3;/09 5 :3;/09 + 0.05; /;(:3;/09>53.2) :3;/09 5 3.2; //S304 +h3 98lu3, b8ck +- PSIM -u+[0] 5 V:3;; -u+[1] 5 P*104.9538; -u+[3] 5 :3l3; -u+[4] 5 :3;/09; //304

95

5.3.2 Resultados de simulação

Nas figuras a seguir são mostrados os gráficos com os resultados de simulação do

sistema proposto interligado.

A Figura 5.4 mostra, em F_FV, a tensão de saída dos painéis FV. Em Vbus, a tensão

do barramento CC e, em Vsaida, a tensão da rede elétrica. As pequenas oscilações em 4Hz

presentes em V_FV e Vo são devidas a mudança da radiação solar. Na Figura 5.3 tem-se o

detalhe da tensão no barramento CC do sistema quando ele é interligado à rede elétrica sem

Softstart.

Figura 5.3 – Tensão do barramento CC do sistema sem SoftStart.

Vbu,

V_FV V,8/48

96

Figura 5.4 – Formas de ondas das tensões de entrada e saída do sistema interligado com Softstart.

O gráfico da Figura 5.5, mostra a potencia ativa entregue pelos painéis FV (em

W_Solar) e a potencia entregue a rede (em W_Rede). Percebe-se que essa potência entregue

varia com a radiação solar como era esperado.

Figura 5.5 – Formas de ondas das potências de entrada e saída do sistema interligado.

Vbu,

V_FV

V,8/48

W_R343

W_S-l8:

97

Na Tabela 8, são apresentados o valor médio da potência entregue à rede e da potência

média entregue pelos painéis. É tomado como amostra o tempo de simulação de 2 à 4s.

Tabela 8 – Potência média recebida pelo conversor e entregue a rede, em W.

Grandeza Valor

AVG(W_Rede) 601,53W

AVG(W_Solar) 651,84W

Rendimento 92,28%

Na Figura 5.6, são mostradas as correntes de entrada e saída. O gráfico IL mostra a

corrente através do indutor L. Percebe-se que o conversor, em regime, opera adequadamente

no MCC como especificado no projeto do capítulo 3.

Figura 5.6 – Formas de onda das correntes de entrada e saída do sistema interligado.

I_FV

IL

I,8/48

98

O gráfico da Figura 5.7 mostra a tensão de referência gerado pelo MPPT e o sinal de

referência da malha de tensão do inversor com o Softstart para evitar a sobre-tensão no

momento em que o sistema é ligado na rede. Percebe-se que a limitação da razão cíclica

funciona bem em simulação e que o MPPT varia apenas em função da mudança da radiação

solar.

Figura 5.7 – Tensão de referência gerado pelo algoritmo MPPT P&O.

MPPT:3;

R3;/09

99

5.4 Análise de Harmônicos e Rendimento do Sistema

A injeção de potência na rede pode ser confirmada através da Figura 5.8, onde vê-se

que a corrente esta defasada de 180° da tensão. Além disso, a corrente na saída varia em

função da radiação solar e o barramento CC fica constante em 400V.

Figura 5.8 – Tensão e corrente de saída do sistema interligado (detalhe na defasagem entre elas, provando a injeção de potencia na rede).

Na Figura 5.9, tem-se o detalhe da corrente injetada na rede elétrica através do inversor. Nota-se um pequeno ripple e baixa deformidade da forma senoidal.

Figura 5.9 – Detalhe na forma de onda da corrente injetada na rede elétrica.

V,8/48

I,8/48*50

100

A Figura 5.11 mostra o fator de potência de injeção na rede, onde seu valor médio do

período de simulação de 0,7 a 4s é de 0,988.

O TDH para a corrente injetada encontrado na simulação foi de 4,98% e o TDH para a

tensão foi de 1,65%. Segundo [32] e [34] , ambos os valores respeitam as normas brasileira de

injeção de potência na rede apresentados em [33] e o Standard IEEE 1547-2003 de

interligação de sistemas descentralizados de geração à rede elétrica.

O rendimento do sistema interligado para uma radiação média de 1000W/m²

encontrado foi de 92,28%, conforme foi visto na Tabela 8. Esse valor está de acordo com o

valor estipulado no projeto do conversor (2.7), o que valida o seu dimensionamento.

Na Figura 5.10, tem-se a curva do rendimento do sistema para vários níveis de

radiação solar.

Figura 5.10 – Curva de rendimento do sistema.

8975

90

9075

91

9175

92

9275

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Ren

dim

en

to (

%)

Radiação Solar (W/m²)

Curva de Rendimento

101

Figura 5.11 – Fator de potencia da saída do sistema interligado.

5.5 Conclusão

Através das simulações percebemos que o sistema interligado se comporta conforme o

esperado e dentro dos padrões estabelecidos. O conversor Boost opera adequadamente no

modo de condução contínua, conforme visto na Figura 5.6. O estágio de inversão também está

operando bem, injetando a potência na rede com alto fator de potência e baixa taxa de

distorção harmônica (TDH).

O algoritmo implementado para o MPPT reagiu bem e somente as variações da

radiação solar e o Softstart desenvolvido para proteger os componentes do circuito durante a

interligação do sistema a rede elétrica anulou a sobre-tensão que havia quando o sistema era

ligado.

102

CONCLUSÃO GERAL

O sistema estudado nesse trabalho apresentou-se como uma boa alternativa para

aplicação em geração distribuída de energia utilizando painéis FV, por ser um sistema

simples, robusto, confiável e de baixo custo. Nesse trabalho, foi dado enfoque ao estágio

elevador do sistema. Apenas no capítulo 5, o sistema completo foi simulado e estudado.

Algumas topologias de estágios elevadores foram estudadas para a realização desse

trabalho. A topologia adotada foi a de um conversor Boost convencional, visto que ele

proporciona o ganho necessário para elevar a tensão dos painéis de aproximadamente 210V a

400V do barramento CC.

Para o controle do conversor Boost, foram estudados o Controle Modo Corrente Média

e o MPPT Perturbe e Observe no capítulo 3. Através das simulações no capítulo 4,

evidenciou-se que esses dois tipos de controle não podem ser implementados

simultaneamente. Logo, determinou-se que o estágio inversor mantivesse a tensão no

barramento em 400V e o conversor em estudo funciona como uma fonte de corrente,

extraindo a máxima potência dos painéis.

Desse modo, o conversor Boost é controlado apenas pelo algoritmo MPPT P&O e seu

funcionamento depende do controle da tensão no barramento CC que o inversor impõem, caso

contrario ele opera sem nenhuma regulação. Com o MPPT, houve um ganho de 2,8% de

potência entregue comparando-se com operação em malha aberta.

No capítulo 5, foram obtidos resultados de simulação para o sistema completo. Foi

detectado um problema de sobre-tensão no barramento CC no momento em que o sistema é

conectado à rede. Para isso, um Softstart foi projetado e implementado, anulando essa sobre-

tensão, como visto na Figura 5.4. O rendimento do sistema interligado alcançou 92,28% para

1000W/m² de radiação solar, FP ficou na ordem de 0,98 e o TDH de corrente em 4,9%, como

visto nos resultados de simulação.

103

PERSPECTIVA DE TRABALHOS POSTERIORES

- Implementação de controle digital do estágio de inversão;

- Estudo de paralelismo de conversores para aumentar a potência injetada;

- Realização de testes experimentais no sistema interligado, com a criação de uma

interface com PC para obtenção de dados;

- Estudo da viabilidade financeira do projeto.

104

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