Otimização de sistemas fotovoltaicos. - HARTMANN, Lucas Vinicius. (2007)
O modelo de geração distribuída de energia vem sendo estudado recentemente, e apresenta vantagens sobre o modelo centralizado. Fontes de energias renováveis, como eólica e solar, possuem um papel importante no modelo distribuído, e podem operar com baixo impacto ambiental. Neste trabalho é estudada a geração de energia elétrica a partir da energia solar, ou seja, são estudados os sistemas fotovoltaicos. Sistemas fotovoltaicos são geralmente compostos por um conjunto de módulos geradores, acumuladores, controlador de carga e inversor, e a estes elementos estão associadas algumas oportunidades de otimização. Uma alternativa de otimização é a implementação de métodos de busca do ponto de máxima potência (MPP), que ajustam o ponto de operação do gerador de modo a obter a máxima potência disponível deste. Neste trabalho é proposto um método de rastreamento que, para acelerar a convergência, utiliza-se de um modelo aproximado a partir dos dados do fabricante. É estudado também um conversor CC-CC elevador isolado para aplicação do método de rastreamento desenvolvido. O método desenvolvido é baseado no modelo matemático do gerador fotovoltaico, e difere dos demais por não necessitar de conhecimento da cargas do sistema nem de medição de insolação. O modelo é obtido a partir dos parâmetros nominais do gerador, e corrigido de acordo com a temperatura de operação. A partir deste modelo, expressam-se curvas que descrevem todas as possíveis posições do MPP no plano tensão-corrente do gerador. Estas curvas recebem o nome de lugar do MPP, e são utilizadas na determinação da tensão de trabalho do gerador. Condições de sombreamento parcial são consideradas e corrigidas utilizando uma fusão com um método do tipo perturbar-e-observar. Deste modo foi possível obter um ganho de velocidade de até 70:1 em relação aos métodos que não utilizam modelo. O esforço computacional é limitado com a utilização de uma tabela de busca de 512 pontos com interpolação bilinear. Embora uma grande quantidade de cálculos seja necessária na criação da tabela, este procedimento é necessário uma única vez, e pode ser realizado em outro processador se desejado. Isto permite que o método seja executado com baixo quantidade de cálculos em tempo real, e apresente desempenho satisfatório mesmo em sistemas com capacidade de processamento limitada. O conversor CC-CC estudado é um push-pull alimentado por corrente. Este conversor apresenta vantagens na aplicação em sistemas fotovoltaicos, onde a tensão de entrada tende a ser baixa (10,5-60V) e o ganho elevado. Também a isolação galvânica proporcionada protege o usuário contra choques na parte de baixa tensão. Uma lei de controle é desenvolvida de modo a permitir a utilização do conversor com o método desenvolvido para rastreamento do MPP. Uma malha dedicada de controle de fluxo elimina a saturação magnética do transformador, evitando as perdas a ela associadas, e permitindo que o núcleo possua um menor volume. O sistema é configurado de modo a operar no MPP apenas enquanto as cargas do sistema suportarem tal potência, evitando a necessidade de uma garantia de consumo mínimo. Resultados experimentais demonstram o funcionamento do conversor, e resultados de simulação são utilizados para demonstrar a validade da lei de controle.