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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

ELITON FUCHS

CONVERSOR SEPIC COM CONTROLEMPPT

CURITIBA

2012

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

SETOR DE TECNOLOGIA – CENTRO POLITÉCNICO

DEPARTAMENTO DE ELETRICIDADE

CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

ELITON FUCHS

CONVERSOR SEPIC COM CONTROLE MPPT

Trabalho de graduação apresentado à disciplina TE105 – Projeto de Graduação, como requisito parcial à conclusão do curso de Graduação de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Paraná.

Aluno: ElitonFuchs GRR:20051205 Orientador: Prof.° Dr. João Américo Vilela Júnior Comissão avaliadora: Prof.° Dr. Clodomiro Unsihuay Vila Prof.° Dr. Roman Kuiava

CURITIBA 2012

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, Juvino e Carmélia, pela oportunidade de estudar e por

serem a referência em minhas realizações.

A Celu por permitir esta conquista, fornecendo um ambiente ótimo para

o estudo. Também pelas grandes amizades aqui encontradas e pelo

aprendizado adquirido durante o período de graduação.

Ao professor Nixon pelos ensinamentos e pela oportunidade de

desenvolvimento científico e prático no Labmetro.

Aos amigos Celso, A. Leonardo, J. Régis, Alan, Eduardo, Juliano, Érico,

André e Gilberto pela convivência diária durante este período na Celu, pelo

apoio e motivação.

Aos meus colegas de curso pelo companheirismo, brincadeiras e

amizade.

Ao professor João Américo pelos ensinamentos, entusiasmo e

disponibilidade durante todo o período de TCC.

Aos meus familiares pela ajuda em todas as horas quando precisei, em

especial meus irmãos Edson e Wesley.

A Deus por tudo.

RESUMO

Neste trabalho apresenta-se o projeto de um Conversor Sepic com seguidor de MPPT desde a sua concepção até a sua implementação física.Primeiramente é feito um estudo sobre os principais aspectos que tornam os painéis fotovoltaicos promissores fontes de energia e a importância da utilização de conversores CC-CC acoplados a estes para melhoria da eficiência destes sistemas. Em seguida são apresentadas as vantagens e desvantagensda topologia Sepic de conversores CC-CC e da técnica de controle P&O.Para viabilizar a construção do sistema é especificado um painel fotovoltaico e é feito o dimensionamento do conversor Sepic e, com esses valores, são feitas as simulações necessárias utilizando o software PSIM. A partir destes resultados é apresentado o circuito a ser utilizado no sistema real e é então confeccionada a placa e feita a montagem do sistema. Palavras chaves: Sepic, MPPT, painel fotovoltaico, PSIM.

i

ABSTRACT

This paper presents the design of a Sepic converter with MPPT follower since its conception to its physical implementation. First is a study done on the main aspects that make photovoltaic panels promising energy sources and the importance of using DC-DC converters coupled to them toimprove the efficiency of these systems. Then we present the advantages and disadvantages of the Sepic topology for DC-DC converters and control technology P&O. To enable the construction of the specified system is a photovoltaic panel and is made the sizing of the converter and Sepic, with these values, the simulations required are made using the PSIM software. From these results we present the circuit to be used in the real system and is then made to the plate and made the assembly of the system. At the end are analyzed on the system performance.

Keyboard:Sepic,MPPT,photovoltaic panel, PSIM.

ii

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... iv LISTA DE TABELAS .................................................................................................... v

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 8

2. PAINÉIS FOTOVOLTAICOS .......................................................................... 10

2.1. HISTÓRICO .................................................................................................................... 10

2.2. GERAÇÃO FOTOVOLTAICA ......................................................................................... 10

2.3. CURVAS TEÓRICAS...................................................................................................... 12

3. CONVERSOR SEPIC ...................................................................................... 14

3.1. ESTRUTURA DO SEPIC ................................................................................................ 14

3.2. FUNCIONAMENTO ........................................................................................................ 14

3.3. VANTAGENS E DESVANTAGENS ................................................................................ 15

4. TÉCNICAS DE CONTROLE ........................................................................... 17

4.1. P&O ................................................................................................................................ 19

5. SIMULAÇÃO DO PROJETO NO PSIM ........................................................... 21

5.1. ESCOLHA DO PAINEL ................................................................................................... 21

5.2. SIMULAÇÃO DO PAINEL ............................................................................................... 22

6. DIMENSIONAMENTO DO CONVERSOR ....................................................... 24

7. ANÁLISE DOS RESULTADOS DA SIMULAÇÃO .......................................... 27

7.1. SIMULAÇÃO DE MALHA ABERTA ................................................................................ 27

7.2. ANÁLISE DO CIRCUITO COM CONTROLE ................................................................. .30

7.3. ANÁLISE DE CIRCUITO P/ VARIAÇÕES DE QUADRADA DE RADIAÇÃO CASO 2 ... 32

7.4. SINAL DE VARIAÇÃO DA RADIAÇÃO .......................................................................... 33

7.5. ANÁLISE DE CIRCUITO PARA GRANDES VARIAÇÕES DE RADIAÇÃO CASO 3 ..... 34

7.6. CARREGAMENTO DA BATERIA ............................................................................ 36

8. IMPLEMENTAÇÃO ........................................................................................ 37

8.1. MICRO CONTROLADORES PIC ................................................................................... 37

8.2. ALIMENTAÇÃO DOS CIRCUITOS ................................................................................. 37

8.3. CONSUMO DE ENERGIA .............................................................................................. 39

8.4. INSOLAÇÃO DE CURITIBA ........................................................................................... 39

8.5. CUSTO DO PROJETO ................................................................................................... 40

9. RESULTADOS OBTIDOS ............................................................................... 41

10. CONCLUSÃO ................................................................................................. 43

11. TRABALHOS FUTUROS ................................................................................ 45

REFERENCIAS ......................................................................................................... 46

ANEXOS

A. PROGRAMA UTILIZADO ......................................................................................... 49

B. DIAGRAMA DO CIRCUITO ............................................................................ 53

B.1. COMPONENTES ............................................................................................ 54

iii

C. REPRESENTAÇÃO DO PAINEL NO PSIM .................................................... 55

D. INSOLAÇÃO DE CURITIBA ........................................................................... 57

LISTA DE FIGURAS

Fig. 2.1 Demanda por energia no mundo .................................................................... 10

Fig. 2.2 Atlas Solarimétrico do Barasil ........................................................................ 11

Fig. 2.3 Característica da potência para insolação (W/m²) variável e T(°C) constante 13

Fig. 2.4 Característica da potência para T(°C) variável einsolação (W/m²) constante . 13

Fig. 3.1 Estrutura básica do Sepic .............................................................................. 14

Fig. 3.2 Chave fechada: Correntes da fonte e do indutor de magnetização ................ 15

Fig. 3.3 Chave aberta: Correntes da fonte e do indutor de magnetização ................... 15

Fig. 4.1 Variação da radiação Caso 1 ......................................................................... 17

Fig. 4.2 Variação da radiação Caso 2 ......................................................................... 18

Fig. 4.3 Variação da radiação Caso 3 ......................................................................... 18

Fig. 4.4 Algoritmo do P&O. ........................................................................................ 19

Fig. 5.1 Simulação do painel ....................................................................................... 22

Fig. 5.2 Gráfico das correntes do painel...................................................................... 22

Fig. 5.3 Gráfico das potências do painel ..................................................................... 23

Fig. 7.1 Circuito com razão cíclica fixa ........................................................................ 27

Fig. 7.2 Variação da radiação para o circuito em malha aberta ................................... 28

Fig. 7.3 Potência máxima e potência extraída pelo painel em malha aberta. ............. 28

Fig. 7.4 corrente extraída do painel ............................................................................. 29

Fig. 7.5 tensão do painel do painel ............................................................................. 29

Fig. 7.6 Circuito com controle ..................................................................................... 30

Fig.7.7 variação da radiação caso ............................................................................. 30

Fig. 7.8 potência extraída do painel caso 1 ................................................................. 31

Fig. 7.9 tensão no painel caso 1 ................................................................................. 31

Fig. 7.10 corrente de saída do painel caso 1 .............................................................. 32

Fig.7.11 variação da radiação caso 2 ......................................................................... 32

Fig. 7.12 potência extraída do painel caso 2 ............................................................... 33

Fig. 7.13 tensão no painel caso 2. ............................................................................. 33

Fig. 7.14 corrente de saída do painel caso 2 .............................................................. 34

Fig.7.15 variação da radiação caso 3 ......................................................................... 34

Fig. 7.16 potência extraída do painel caso 3. .............................................................. 35

Fig. 7.17 tensão no painel caso 3 ............................................................................... 35

Iv

Fig. 7.18 corrente de saída do painel caso 3 .............................................................. 36

Fig. 7.19 Corrente de carga na bateria ....................................................................... 36

Fig. 8.1 Medição de corrente e tensão no painel ......................................................... 38

Fig. 9.1 PWM 1 gerado e tensão no A/D1 do pic ........................................................ 41

Fig.9.2 PWM 2 gerado e tensão no A/D1 do pic ......................................................... 41

Fig.9.3 PWM 3 gerado e tensão no A/D1 dopic .......................................................... 42

Fig.9.4 tensão na saída do conversor SEPIC ............................................................. 42

Fig. 10.1 Painel solar hibrido com aquecimento solar e fotovoltaico ........................... 44

LISTA DE TABELAS

Tabela 6.1 dados utilizados no dimensionamento do conversor ................................. 24

Tabela 8.1 Potência consumida no controle ............................................................... 38

Tabela 8.2 Preço dos componentes do projeto ........................................................... 40

LISTA DE ACRÔNIMOS

MPPT – Ponto de potência máximo

SEPIC – “Single EndedPrimaryInductor Converter” é um tipo de conversor CC-CC

P&O– Técnica de Controle denominada Perturba e Observa

PWM - Modulação por largura de pulso

CCP1 - Porta de saída do PWM do micro controlador

v

8

1. INTRODUÇÃO

A rápida evolução tecnológica aliada a necessidade humana de utilização de energia menos poluente, ou seja, energia que produza o menor impacto ambiental possível, gera uma demanda crescente de investimentos em fontes de energias referidas como não convencionais.

Dentre estas fontes a energia fotovoltaica é atualmente a de maior crescimento, cerca de 30% ao ano [1], e embora sua capacidade instalada seja inferior a 20 GW ela deve tornar-se a maior fonte de energia renovável na próxima década [2].

Países como Brasil, Chile, Argentina ou aqueles localizados no continente africano possuem potenciais para a produção de energia solar da ordem de 3 a 4vezes maiores que os principais produtores dessa energia os quais estão localizados na Europa. Esse fato torna-se claro quando analisamos todas as cartas heliográficas, as quais nos mostram os diferentes índices e diferentes quantidades de horas de radiação recebidas por cada país.

Os grandes avanços na eficiência das células fotovoltaicas ainda não foram suficientes para torná-las economicamente atrativas, porém as questões ambientais têm feito que mesmo países subdesenvolvidos criem incentivos às energias renováveis e com isso muitos projetos têm sido desenvolvidos nos últimos anos.

Projetos de geração de energia fotovoltaica não implicam em grandes problemas de manutenção e operação quando comparados as demais formas de geração de energia uma vez que os painéis mantém seu desempenho por um longo período de tempo e os índices de radiação também são bem conhecidos e previsíveis em cada região.

São várias as possibilidades de implantação de sistemas fotovoltaicos em um país com regiões de diferentes índices de radiação solar e temperatura como o Brasil. Isso torna fundamental o estudo e desenvolvimento de técnicas deotimizaçãopara esses sistemas. Porém essas técnicas ainda são pouco disseminadas no Brasil e ainda são poucos os projetos de destaque.

Para o aumento da eficiência o painel fotovoltaico é ligado a um conversor CC-CC e através de uma lógica de controle,a qual varia o tempo de chaveamento do MOSFET desse conversor, o painel fornece a sua potência máxima mesmo com variações de temperatura e radiação solar.

Dentre as várias topologias de conversoresCC-CC existente o Sepic tem sido bastante utilizado em aplicações com painéis fotovoltaicos, principalmente por sua vantagem de ter uma saída de mesma polaridade que a entrada e

9

ajustável através de sua razão cíclica.Com isso é possível obtero nível de tensão desejado na saída e sem dependência da carga.

Para implementarmos o controle nesse conversor escolheu-se a técnica denominada Perturba e Observa (P&O) principalmente por ser uma técnica de fácil implementação e possuir uma eficiência relativamente alta para determinadas condições de radiação solar e mudanças de temperatura.

De todos os softwares com possibilidade desimulação de painéis fotovoltaicos o software PSIM apresenta modelos de painéis com características muito próximas das reais e possui uma interface de fácil utilização.

As simulações do painel fotovoltaico acoplado do conversor permitem a validação do dimensionamento do conversor e também a visualização da potência máxima a ser extraída do painel para cada condição de temperatura e de radiação. Além disso, vários parâmetros do painel e do circuito como as tensões do painel quando ele está no MPPT,o comportamento da corrente drenada do painel sob uma variação de radiação e também a corrente na carga podem ser observados.

Primeiramente são feitas todas as simulações buscando entender o sistema utilizando valores de frequência e razão cíclica fixa no chaveamento do MOSFET. Após isto são feitas novas simulações utilizando uma técnica de controle acoplada ao conversor.

Os painéis comerciais em sua grande maioria ainda não vêm com conversores com seguidor de MPPT, porém eles podem gerar bons ganhos de eficiência nos painéis e, assim como os painéis fotovoltaicos, ainda são caros. Entretanto analisando num horizonte longo eles são fundamentais e podem contribuir muito para a competitividade dos painéis.

Estudos sobre as técnicas de controle de MPPT são fundamentais para o desenvolvimento da energia solar fotovoltaica. Os ganhos de eficiência de um conversor CC-CC com seguidor de MPPT o tornam economicamenteviável parautilização em usinas fotovoltaicas.Em sistemas fotovoltaicos menores como instalações residenciais devem-se fazer vários cálculos para determinar a sua viabilidade.

2. PAINÉIS FOTOVOLTAICOS

2.1. HISTÓRICO

Após mais de um século do descobrimento do efeito fotovoltaico porAlexandre Edmond Becquerel e Fuller desenvolveram silício monocristalino, ela tinha uma eficiência de 6%energia solar foi descartada devido ao seu alto custo, ficando seu uso restrito a situações especiais onde não houvesse outra forma de gerar energia, como nos satélites e outras aplicações envolvendo programas do petróleo em 1971 e depois com as preocupações ambientais a energia solar voltou a ser repensada investimentos foram feitos resultando em sucessivos aumento de rendimento destas células.

Atualmente as células comerciais tem um rendimento de 10 a 15%, embora já foramcriado42,8%[3].

2.2. GERAÇÃO FOTOVOLTAICA

Com a crescente demanda por energia é muito difícil diminuir a demanda por combustíveis fósseis. Entretanto o desenvolvimento de tecnologias associadas às energias renováveidemanda de energia sem a ncombustíveis. A Fig. 2.1 devem contribuir para a oferta de energia nas próximas décadas.

Fig.

PAINÉIS FOTOVOLTAICOS

Após mais de um século do descobrimento do efeito fotovoltaico porAlexandre Edmond Becquerel (1820-1891), no ano de 1954 Chapin

Fuller desenvolveram a primeira célula fotovoltaica no ano de silício monocristalino, ela tinha uma eficiência de 6%. Nas décadas seguintes a energia solar foi descartada devido ao seu alto custo, ficando seu uso restrito a

is onde não houvesse outra forma de gerar energia, como nos satélites e outras aplicações envolvendo programas espaciais.

depois com as preocupações ambientais a energia solar voltou a ser repensada na matriz energética mundial e, assim, grandes investimentos foram feitos resultando em sucessivos aumento de rendimento

Atualmente as células comerciais tem um rendimento de 10 a 15%, os muitos tipos de células com rendimentos de até

GERAÇÃO FOTOVOLTAICA

Com a crescente demanda por energia é muito difícil diminuir a demanda por combustíveis fósseis. Entretanto o desenvolvimento de tecnologias associadas às energias renováveis pode ser a solução parademanda de energia sem a necessidade de aumentar o consumo desses

.1 mostra o histórico e como as energias renováveis devem contribuir para a oferta de energia nas próximas décadas.

. 2.1 Demanda por energia no mundo.

10

Após mais de um século do descobrimento do efeito fotovoltaico , no ano de 1954 Chapin,Pearson

ula fotovoltaica no ano de 1954, feita de Nas décadas seguintes a

energia solar foi descartada devido ao seu alto custo, ficando seu uso restrito a is onde não houvesse outra forma de gerar energia, como

espaciais. Com a alta depois com as preocupações ambientais a energia solar

assim, grandes investimentos foram feitos resultando em sucessivos aumento de rendimento

Atualmente as células comerciais tem um rendimento de 10 a 15%, lulas com rendimentos de até

Com a crescente demanda por energia é muito difícil diminuir a demanda por combustíveis fósseis. Entretanto o desenvolvimento de

s pode ser a solução para essa sidade de aumentar o consumo desses

mostra o histórico e como as energias renováveis devem contribuir para a oferta de energia nas próximas décadas.

Com os avanços tecnológicos já ocortem hoje em torno de 17crescimento é em torno de 30% ao ano, e segundo a IEA estudos apontam que em 2020 ela seja responsável por 1% de toda energia consumida no mundo chegando a ser de 26% em 2040

O Brasil ainda tem investimentos insignificantes em energia porém possui um dos maiores potenciais para estenergia solar é utilizada quase que exclusivamente para regiões onde é inviável levar energia porenergia solar é apoiada por programas do governo que visam atender esses locais. Ainda se priorizarenováveis ao contrário do que vem ocorrúltimos cinco anos, investimentos em energia solar

O Nordeste brasileiro possui os melhores níveis de radiação solarpaís, chegando a ter uma média anual de até 8h diárias de ins1000W/m². Entretanto as demais regiões possuem ótimos índicesmostra a Fig. 2.2.

Fig

Com os avanços tecnológicos já ocorridos a energia solartem hoje em torno de 17 GW de potencia instalada em todo mundo. Seu crescimento é em torno de 30% ao ano, e segundo a IEA estudos apontam que em 2020 ela seja responsável por 1% de toda energia consumida no mundo

a ser de 26% em 2040[4].

O Brasil ainda tem investimentos insignificantes em energia um dos maiores potenciais para este tipo de geração

energia solar é utilizada quase que exclusivamente para regiões onde é l levar energia por meio de linhas de transmissão. Nesses casos a

energia solar é apoiada por programas do governo que visam atender esses se prioriza os investimentos para as demais formas de energias

renováveis ao contrário do que vem ocorrendo em outros países, onde se têm aumentado consideravelmente os

em energia solar.

O Nordeste brasileiro possui os melhores níveis de radiação solarchegando a ter uma média anual de até 8h diárias de ins

Entretanto as demais regiões possuem ótimos índices

Fig. 2.2 Atlas solarimétrico do Brasil[5].

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gia solarfotovoltaica GW de potencia instalada em todo mundo. Seu

crescimento é em torno de 30% ao ano, e segundo a IEA estudos apontam que em 2020 ela seja responsável por 1% de toda energia consumida no mundo

O Brasil ainda tem investimentos insignificantes em energia fotovoltaica, geração. No Brasil a

energia solar é utilizada quase que exclusivamente para regiões onde é . Nesses casos a

energia solar é apoiada por programas do governo que visam atender esses os investimentos para as demais formas de energias

em outros países, nesses aumentado consideravelmente os

O Nordeste brasileiro possui os melhores níveis de radiação solar no chegando a ter uma média anual de até 8h diárias de insolação de

Entretanto as demais regiões possuem ótimos índices, como

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A utilização deste potencial deve ser bem estudada, pois algumas regiões têm muitas horas de sol e outras têm uma radiação mais forte e um número de horas menores. Essas diferenças são fundamentais para o dimensionamento dos sistemas fotovoltaicos, tanto dos painéis como do tipo de controle a ser utilizado.

A constante evolução tecnológica na área dos materiais é a principal causadora da ampliação da geração fotovoltaica tanto pela melhoria de eficiência como pelos diferentes tipos de células hoje fabricados.

Apesar de existirem poucos estudos a respeito existem pesquisadores que acreditam que para horizontes muito longos essa energia é economicamente viável, pois o insumo dessa energia é gratuito para todo o mundo, enquanto quevarias outras energias tem um custo de insumo muito alto.

A energia solar possui grandes vantagens sobre as demais energias, tais como:

• É uma das formas de geração mais limpa que existe; • Incomparável potencial; • Suas instalações requerem pouca manutenção, sendo queuma célula

solar quase não tem perdas de eficiência mesmo após décadas de utilização [6];

• Países tropicais podem utilizar a energia quase que durante todo o ano; Células fotovoltaicas têm um rendimento teórico muito elevado, em torno de 94% [7], pelo ciclo de Carnot, e por isso é um sistema de energia tão promissor. Rendimentos dessa ordem são muito difíceis nos sistemas atuais de geração utilizados. Por comparação temos o rendimento teórico dos motores e geradores a combustão interna que é de 59%[8] ou ainda das térmicas a carvão onde o rendimento teórico é de 34%[9].

2.3. CURVAS TEÓRICAS

As curvas de um painel fotovoltaico dependem principalmente e diretamente de dois fatores: temperatura do painel e nível de radiação incidente.

Outro aspecto das curvas de um painel fotovoltaico é o comportamento da corrente, e consequentemente da potência, que diminui acentuadamente para níveis de corrente acima da corrente de potência máxima, considerando as condições de teste (1000 W/m² e 25°),ou valores próximos a este como mostram as Fig. 2.3 e 2.4.

Fig. 2.3 Característica da potência para

A figura acima mostra que a potência de um painel diminui se a temperatura deste aumenta, mantendo a mesma insolação, e a curva característica da potência deste painel sofre um encolhimento ocorrendo assim uma variação no ponto de potência máxima des

Fig. 2.4 Característica da potência

A figura acima mostra que quamantendo a sua temperatura constante, o variação da insolação (quanto maior a insolação mais acima ficará o ponto)e se localiza em um valor de tensão do painel que quase não varia.

Característica da potência para temperatura (°C) variável e insolação

constante.

A figura acima mostra que a potência de um painel diminui se a temperatura deste aumenta, mantendo a mesma insolação, e a curva característica da potência deste painel sofre um encolhimento ocorrendo assim uma variação no ponto de potência máxima deste painel.

Característica da potência para insolação (W/m²) variável e temperatura

constante.

A figura acima mostra que quando varia a insolação do painelmantendo a sua temperatura constante, o MPPT varia no mesmo sentido da

o da insolação (quanto maior a insolação mais acima ficará o ponto)e se localiza em um valor de tensão do painel que quase não varia.

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(°C) variável e insolação (W/m²)

A figura acima mostra que a potência de um painel diminui se a temperatura deste aumenta, mantendo a mesma insolação, e a curva característica da potência deste painel sofre um encolhimento ocorrendo assim

e temperatura (°C)

ndo varia a insolação do painel, mas MPPT varia no mesmo sentido da

o da insolação (quanto maior a insolação mais acima ficará o ponto)e se

3. CONVERSOR SEPIC

Os conversores CCfornecer uma tensão contínua regulada a parcontínua não regulada. Geralmente são compostos por transístores e por elementos passivos: diodos, bobinas, condensadores e resistores. Estes conversores são controlados através de PWM, sendo característica que controla o valor da tensão na saída.

A estrutura básica é apresentada na

Fig.3.1 Estrutura básica

3.1. FUNCIONAMENTO

Os conversores CCCondução Contínua (MCC)Corrente. No Sepic o MCC é (L1) manter-se sempre positivacondições:

1) Com a chave s fechada: Nesta condição a fonte fornecerá uma

corrente que será igual a:

do capacitor C

total na chave S

portanto, o capacitor só trocará energia com a careversa no diodo será dada pela tensão no capacitor mais a tensão na carga.[10]

Na Fig. 3.2émostrado o caminho das correntes. Em verde a corrente da fonte e

em laranja a corrente armazenada no indutor

CONVERSOR SEPIC

Os conversores CC-CC são sistemas normalmente utilizados para fornecer uma tensão contínua regulada a partir de uma fonte de tensão contínua não regulada. Geralmente são compostos por transístores e por elementos passivos: diodos, bobinas, condensadores e resistores. Estes conversores são controlados através de PWM, sendo a razão cíclica

stica que controla o valor da tensão na saída.

A estrutura básica é apresentada na Fig. 3.1.

3.1 Estrutura básica do conversorSepic.

FUNCIONAMENTO

Os conversores CC-CC possuem dois modos de operação: Modo de (MCC) e Modo de Condução Descontínua

Corrente. No Sepic o MCC é caracterizado pela corrente no Indutor de entrada se sempre positiva. Neste modo o conversor operará em duas

Com a chave s fechada: Nesta condição a fonte fornecerá uma

ue será igual a:

e o indutor L2 se descarregará através

do capacitor C1 com uma corrente que terá valor de

total na chave S1 será igual a

+

.O diodo D estará bloqueado e

portanto, o capacitor só trocará energia com a careversa no diodo será dada pela tensão no capacitor mais a tensão

mostrado o caminho das correntes. Em verde a corrente da fonte e

em laranja a corrente armazenada no indutor L2.

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CC são sistemas normalmente utilizados para tir de uma fonte de tensão

contínua não regulada. Geralmente são compostos por transístores e por elementos passivos: diodos, bobinas, condensadores e resistores. Estes

a razão cíclica a principal

possuem dois modos de operação: Modo de dução Descontínua (MDC) de

rrente no Indutor de entrada . Neste modo o conversor operará em duas

Com a chave s fechada: Nesta condição a fonte fornecerá uma

se descarregará através

uma corrente que terá valor de

.A corrente

.O diodo D estará bloqueado e

portanto, o capacitor só trocará energia com a carga. A tensão reversa no diodo será dada pela tensão no capacitor mais a tensão

mostrado o caminho das correntes. Em verde a corrente da fonte e

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Fig. 3.2Chave fechada: Correntes da fonte e do indutor de magnetização.

2) Com a chave aberta: Nesta condição a corrente circulará através de

L1. C1, D e alimentará C2e a carga. A tensão na chave será igual a V1.

Na figura 3.3 é mostrado o caminho da corrente da fonte e a corrente armazenada no indutor L2.

Fig. 3.3Chave aberta: Correntes da fonte e do indutor de magnetização.

3.2. VANTAGENS E DESVANTAGENS

O Sepic apresenta 5 principais vantagens :

• Operar como elevador-abaixador, estando a tensão de saída dependente da razão cíclica de chaveamento do MOSFET.

• Ser naturalmente isolado contra curto circuitos externos, devido a presença do capacitor C1 entre a entrada e a saída.

• Trabalhar como uma fonte de corrente na entrada e uma fonte de tensão na saída.

• Ter saída de mesma polaridade da entrada. • Possibilitar um arranjo com vários níveis de tensão de saída com

a inserção de múltiplas saídas no indutor L2.

No entanto ele tem algumas desvantagens a serem consideradas:

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• Ser uma estrutura com maior número de componentes o que gera maior possibilidade de defeitos no circuito e aumento de custos, o que pode ser desprezado neste estudo.

• Ter uma corrente pulsada na saída, que pode ser ruim em algumas aplicações. No caso de carregamento de baterias pode-se usar a técnica de corrente pulsada, mas deve-se buscar o tempo ótimo de off-time (tempo em que a corrente é zero) para obter boa eficiência com esta técnica [11].

4. TÉCNICAS DE CONTROLE

Para que o painel opere sempre no ponto de potencia máximafeito um controle no conveem cada ciclo de chaveamento do entregue pelo painel eusapotência máxima ou não. A partir desse momento o controle fazer para encontrar o MPPT no próximo ciclo ou continuar nele caso a potência lida é a potência máxima.

De todos os métodos facilidade de implementação é o P&O.Com um algoritmo que pode ser desenvolvido com comandos simplesele utiliza dois sensores (tensão e corrente) e a cada ciclo de chaveamento ele incrementa uma constante k na razão cíclica buscando MOSFET. Esse método possuioinconveniente de sim sempre em torno delena razão cíclica .

Esses métodos podem incrementar uma po30%[11].A eficiência dos métodostemperatura e das mudançascondições estudadas o método potência máxima como mostra

Fig. 4.1 potencia

Aqui a potência iniretilínea o devido a uma queda no nível de radiação mas o controle consegue seguir a potência com boa eficiência.

TÉCNICAS DE CONTROLE

Para que o painel opere sempre no ponto de potencia máximafeito um controle no conversor mudando a razão cíclica do mesmoem cada ciclo de chaveamento do MOSFET,é feito uma leitura da potencia

usa-se uma técnica para estimar se a potência lida é a potência máxima ou não. A partir desse momento o controle deve definir o que fazer para encontrar o MPPT no próximo ciclo ou continuar nele caso a potência lida é a potência máxima.

De todos os métodos utilizados um dos de maior simplicidade e facilidade de implementação é o P&O.Com um algoritmo que pode ser

envolvido com comandos simplesele utiliza dois sensores (tensão e corrente) e a cada ciclo de chaveamento ele incrementa uma constante k na razão cíclica buscando o ponto de potência máxima a cada chaveamento do MOSFET. Esse método possuioinconveniente de nunca trabalhar no MPPT e sim sempre em torno dele, uma vez que a cada ciclo é feito uma perturbação

Esses métodos podem incrementar uma potência que varia de 15 a ].A eficiência dos métodos depende muito das mudanças de

ra e das mudanças de radiação. Para o trabalho estudadoo método P&O, tem rendimentos acima de 90% da

potência máxima como mostram as Fig. 4.1, 4.2 e 4.3.

potencia extraída e máxima potencia Caso 1.

Aqui a potência inicia em um valor alto e depois tem uma queda bem retilínea o devido a uma queda no nível de radiação mas o controle consegue seguir a potência com boa eficiência.

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Para que o painel opere sempre no ponto de potencia máxima (MPPT) é mesmo. Para isso,

é feito uma leitura da potencia se uma técnica para estimar se a potência lida é a

deve definir o que fazer para encontrar o MPPT no próximo ciclo ou continuar nele caso a

dos de maior simplicidade e facilidade de implementação é o P&O.Com um algoritmo que pode ser

envolvido com comandos simplesele utiliza dois sensores (tensão e corrente) e a cada ciclo de chaveamento ele incrementa uma constante k na

ponto de potência máxima a cada chaveamento do nunca trabalhar no MPPT e

, uma vez que a cada ciclo é feito uma perturbação

tência que varia de 15 a das mudanças de

iação. Para o trabalho estudado e nas P&O, tem rendimentos acima de 90% da

cia em um valor alto e depois tem uma queda bem retilínea o devido a uma queda no nível de radiação mas o controle consegue

Fig. 4.2

Nesse segundo caso há uma oscilaçãoda potencia devido a uma variação da radiação mais lenta que o primeiro caso e o controle dá ao painel uma eficiência um pocaso.

Fig. 4.3 potencia

No terceiro caso acom curvas não muito lineares que o painel entregue sua potência máxima a todo instante. Nesse caso ocorre a menor eficiência dos três casos.

4.2 potencia extraídae máxima potencia2.

Nesse segundo caso há uma oscilação também retilínea edevido a uma variação da radiação mais lenta que o primeiro caso

e o controle dá ao painel uma eficiência um pouco melhor que no primeiro

potencia extraída e máxima potencia, Caso 3.

No terceiro caso a potencia do painel sofre pequenas variaçõescom curvas não muito lineares e faz com que o controle não consiga fazer com que o painel entregue sua potência máxima a todo instante. Nesse caso ocorre a menor eficiência dos três casos.

18

etilínea e bem definida devido a uma variação da radiação mais lenta que o primeiro caso

uco melhor que no primeiro

potencia do painel sofre pequenas variações, mas e faz com que o controle não consiga fazer com

que o painel entregue sua potência máxima a todo instante. Nesse caso ocorre

Assim a eficiência deste métodocasos acima é respectivamente:96%,99% e 92%

4.1. P&O

De acordo com a figura abaixo pode observar a atuação do P&O.

Existem vários algoritmos para implementar esta técnicaNesta técnica o programa a potência para comparáprograma toma as decisões de incrementar ou decrementar a razão cíclica de chaveamento do MOSFETdecrementar ele fará uma perturbação no sistema extraindo uma potência diferente daquela extraída antes da perturbação.

cia deste método de acordo cm este estudoé respectivamente:96%,99% e 92% [12].

De acordo com a figura abaixo pode observar a atuação do P&O.

Fig. 4.4Algoritmo do P&O.

Existem vários algoritmos para implementar esta técnicaNesta técnica o programa faz a leitura da tensão e corrente,em seguida calcula a potência para compará-la com a potência lida no cicloanterior. Dessa forma o programa toma as decisões de incrementar ou decrementar a razão cíclica de

MOSFET com uma constante K. Ao incrementar ou decrementar ele fará uma perturbação no sistema extraindo uma potência diferente daquela extraída antes da perturbação.

19

de acordo cm este estudopara os três

De acordo com a figura abaixo pode observar a atuação do P&O.

Existem vários algoritmos para implementar esta técnica de controle. faz a leitura da tensão e corrente,em seguida calcula

la com a potência lida no cicloanterior. Dessa forma o programa toma as decisões de incrementar ou decrementar a razão cíclica de

Ao incrementar ou decrementar ele fará uma perturbação no sistema extraindo uma potência

20

Esse processo deve ser extremamente rápido, pois os conversores CC-CC podem operar com frequências da ordem de dezenas de kHz. Com isso o processo de leitura, cálculo da potência e tomada de decisão deve ser mais rápido que o período de chaveamento.

Assim para encontrar o MPPTo programa fará os seguintes passos: se após o incremento da razão cíclica a potencia diminuir então no próximo ciclo o controle fará um decremento da razão cíclica para ver se a potência aumenta. Caso ela aumente então ele fará um novo decremento. Caso ela diminua então ele fará um incremento e assim todo o tempo.

Essa técnica procura sempre o MPPT independente se sua variação ocorreu devido a variações de radiação ou variações na temperatura do painel. Nesse trabalho serão feitas várias simulações variando a radiação do painel. Se variarmos a temperatura o controle deverá funcionar da mesma forma. Optou-se utilizar a variação de radiação pelas características do simulador de ocupar menos memória e resolver mais rapidamente para essa condição.

21

5. REPRESENTAÇÃO E ESCOLHA DO PAINEL NO PSIM

5.1. ESCOLHA DO PAINEL

Os fabricantes fornecem as especificações dos principais parâmetros de um módulo solar considerando a condição padrão de teste (“standard testcondition” ou STC), definida pela norma IEC 61215: 1000 W/m² de potência luminosa incidente total, com uma distribuição espectral conhecida como massa de ar 1.5 (“airmass” 1.5 ou AM 1.5) etemperatura das células de 25 ºC. Estes parâmetros são:

• Corrente de curto-circuito (I SC): é o valor máximo da corrente de carga, igual, portanto, à corrente gerada por efeito fotovoltaico.

• Tensão de circuito aberto (VOC): é o máximo valor da tensão nos terminais do módulo fotovoltaico, quando nenhuma carga está conectada a ele.

• Ponto de Máxima Potência (MPP): Para cada ponto na curva I-V, o produto corrente versus tensão representa a potência gerada para aquela condição de operação. Em um módulo fotovoltaico, para uma dada condição climática, só existe um ponto na curva I-V onde a potência máxima pode ser alcançada. Este ponto corresponde ao produto da tensão de potência máxima e corrente de potência máxima. Vale lembrar as curvas mostradas nas Figs. 2.3 e 2.4, pois a corrente começa a diminuir após certo nível de tensão, porém o MPPT está em um valor de tensão um pouco acima deste nível.

• Tensão de máxima potência (Vmax): corresponde à tensão no ponto de máxima potência.

• Corrente de máxima potência (Imax): corresponde à corrente no ponto de máxima potência.

• Temperatura normal de operação (NOCT): devido a que o módulo trabalha exposto ao sol, o fabricante fornece também a temperatura de operação normal da célula (normal operatingcelltemperature), medida com 800 W/m² de potência luminosa incidente total, temperatura ambiente de 20 °C e vento de 1m/s.

• Fator de forma (FF): é definido como a relação entre a potência no MPP e o produto da corrente de curto-circuito vezes a tensão de circuito aberto. Valores usuais para células solares ficam entre 70 e 80%. Esta é uma grandeza que expressa quando a curva característica se aproxima de um retângulo no diagrama I-V [13].

5.2. SIMULAÇÃO DO PAI

Para visualizar a resposta do painepara vários níveis de radiação

Para esta simulação utilizouobservou-se a corrente Observa-se que a corrente também é constante em cada nível de radiaçãoporém começa a cair a partir de um determinado valor de tensão a Fig. 5.2.

Fig

Para esta mesma simulação observouextraída do painel em relação a sua tensão.Aaumento da tensão até um determinado valor de tensão e depois passa a cair(ver a Fig.5.3 abaixo).O valor de tensãovalor um pouco acima do valor de tensão em que a corrente (mostrada no

SIMULAÇÃO DO PAINEL

Para visualizar a resposta do painel da sua potência e da sua corrente para vários níveis de radiação utilizou-se o circuito abaixo:

Fig. 5.1 Simulação do painel.

ra esta simulação utilizou-se níveis de radiação constantese de saída do painel em relação à tensão do

que a corrente também é constante em cada nível de radiaçãocomeça a cair a partir de um determinado valor de tensão

ig. 5.2 Gráfico das correntes do painel.

ara esta mesma simulação observou-se o comportamento da potência extraída do painel em relação a sua tensão.A potencia tende a crescer com o aumento da tensão até um determinado valor de tensão e depois passa a cair

.O valor de tensão em que a potência começa a cair é um acima do valor de tensão em que a corrente (mostrada no

22

a e da sua corrente

se níveis de radiação constantese tensão do painel.

que a corrente também é constante em cada nível de radiação, começa a cair a partir de um determinado valor de tensão como mostra

se o comportamento da potência potencia tende a crescer com o

aumento da tensão até um determinado valor de tensão e depois passa a cair em que a potência começa a cair é um

acima do valor de tensão em que a corrente (mostrada no

gráfico acima) começa a cair. Esse valor de tensão é especificado para cada painel e varia com as condições de temperatura e radiação.

Fig.

gráfico acima) começa a cair. Esse valor de tensão é especificado para cada painel e varia com as condições de temperatura e radiação.

. 5.3 Gráfico das potências do painel.

23

gráfico acima) começa a cair. Esse valor de tensão é especificado para cada

24

6. DIMENSIONAMENTO DO CONVERSOR SEPIC Os dados utilizados para o dimensionamentoforam retirados de um painel comercial esão apresentados na tabela 6.1.

Tabela 6.1. Dados utilizados no dimensionamento do conversor.

Outro dado necessário é a frequência de operação do mesmo que será de 30 kHz. 1) Período

1

33,3 1.1

2) Razão cíclica:

1 1.2

D

1‐D

12

17,56

0,594

3) Indutância de entrada:

Iemed

&. ' () (1.3)

() 1*

Le

2.Ie med‐1. 1.4

,) 1,232mH

4) Corrente média da indutância de magnetização

Vo 12V E 17,56V

Iemed 1,14A Voc 21,5V Isc 1,23A

Coef. de temp. de Isc +0,05 Coef de temp. de Voc -0,34 Coef. de temp. de P -0,5

NOTC 47ºC ± 2ºC

25

() -).

(/- -).

1 1.5

(/- -). 1,93 *

5) Indutância de magnetização:

Ilmmed

1. ' (/- (1.6)

(/- 1,5 *

Lm

2IIm med‐1,5. 1.7

,- 399,12

6) Corrente média de saída: ( (/- -). (1.8)

( 1,93 (A)

7) Ondulação da corrente de entrada:

∆()

&. (1.9)

∆() 0.28(A)

∆()% 6.76

,8 24%

8) Ondulação da corrente de magnetização

∆(/-

1. (1.10)

∆(/- 0,86*

∆(/- 6,79

,:; 44%

9) Cálculo de Ro:

< = <>?íAB> 1.11

<>?íAB> 2,)C.

DE² 1.12

,)C &.1

&G1 1.13

26

,)C 0,301-

<>?íAB> 107.43

< 50

10) Ondulação percentual no capacitor de saída Co:

∆> 5% (1.14)

∆> 0,05.12

∆> 0,6

11) Capacitor Co

H

<∆> 1.15

H 7.8

12) Ondulação de tensão no capacitor Vo

∆> 5% (1.16)

∆> 0,878

13) Capacitor C

H E²I

JK∆LDE (1.17)

H 11,30

Com o dimensionamento de todos os componentes do circuito o próximo

passo será a simulação no software PSIM.

7. ANÁLISE DOS RESULTADOS DA SIMULAÇÃO NO PSIM

Foram feitas simulações potência extraída pelo convefechada para testar o comportamento do controlepotência do painel sob variaçõe

7.1. SIMULAÇÃO DE MALHA ABERTA

O circuito composto do painel, conforme a Fig.7.1.

Fig. 7.1

Nesse circuito a fonte de tensão é ligada no terminal S do painel fotovoltaico criando a condição de radiação de variações de radiação basta mudar a fonttriangular ou quadrada como é feito na simulação abaixo. Para ver o comportamento da tensão, corrente e potencia do painel utilizoude uma onda quadrada que simula a

A Fig. 7.2mostra a variaçãoDCoffset de 1000W e um Vpp de 500W

ANÁLISE DOS RESULTADOS DA SIMULAÇÃO NO PSIM

Foram feitas simulações do circuito em malha aberta para medir a conversor com a razão cíclica fixa e depois em malha

fechada para testar o comportamento do controle e sua influência sob variações de radiação.

SIMULAÇÃO DE MALHA ABERTA

circuito composto do painel, conversor SEPIC e bateria

Fig. 7.1 Circuito com razão cíclica fixa

Nesse circuito a fonte de tensão é ligada no terminal S do painel fotovoltaico criando a condição de radiação de 1000 W/m².Para criarmos variações de radiação basta mudar a fonte de tensão contínua para uma fonte triangular ou quadrada como é feito na simulação abaixo. Para ver o comportamento da tensão, corrente e potencia do painel utilizoude uma onda quadrada que simula a variação da radiação.

mostra a variação de radiação de forma quadrada com um DCoffset de 1000W e um Vpp de 500W.

27

ito em malha aberta para medir a rsor com a razão cíclica fixa e depois em malha

ência ao extrair

e bateria foi montado

Nesse circuito a fonte de tensão é ligada no terminal S do painel /m².Para criarmos

e de tensão contínua para uma fonte

Para ver o comportamento da tensão, corrente e potencia do painel utilizou-se

de radiação de forma quadrada com um

Fig. 7.2 Variação da radiação para o circuito em malha aberta

No gráfico da Fig.7.3 abaixo temos as potências deste painel está a potência máxima que o painel pode gerar o conversor extrai do painel e abastece a bateriaoscila em um valor abaixo da potencia máxima o que significa que a razão cíclica não corresponde àquela que faz o painel operar em um valor de tensão onde a potencia extraída é maior.

Fig. 7.3 Potência máxima e potência extraída pelo painel

A corrente como é de se esperar varia exatamente igual a forma da radiação de entrada com valores de 1,2 A para radiação de 1000W/m² e 1,8 Apara radiação de 1500W/m² como mostra a operando em um ponto bem abaixo da tensão de potência máxima dizer que a corrente e radpossível afirmar que a responsável pela tensão.

Variação da radiação para o circuito em malha aberta

No gráfico da Fig.7.3 abaixo temos as potências deste painel potência máxima que o painel pode gerar e em vermelho a potência que

o conversor extrai do painel e abastece a bateria. Observa-se que o potencia oscila em um valor abaixo da potencia máxima o que significa que a razão cíclica não corresponde àquela que faz o painel operar em um valor de tensão onde a potencia extraída é maior.

Potência máxima e potência extraída pelo painel em malha aberta

A corrente como é de se esperar varia exatamente igual a forma da radiação de entrada com valores de 1,2 A para radiação de 1000W/m² e 1,8 A

00W/m² como mostra a Fig. 7.4.O fato de o painel estar operando em um ponto bem abaixo da tensão de potência máxima dizer que a corrente e radiação tem a mesma forma de onda. Também é possível afirmar que a responsável pela oscilação na potência é a oscilação da

28

Variação da radiação para o circuito em malha aberta.

No gráfico da Fig.7.3 abaixo temos as potências deste painel em azul e em vermelho a potência que

se que o potencia oscila em um valor abaixo da potencia máxima o que significa que a razão cíclica não corresponde àquela que faz o painel operar em um valor de tensão

em malha aberta.

A corrente como é de se esperar varia exatamente igual a forma da radiação de entrada com valores de 1,2 A para radiação de 1000W/m² e 1,8 A

7.4.O fato de o painel estar operando em um ponto bem abaixo da tensão de potência máxima nos permite

iação tem a mesma forma de onda. Também é oscilação na potência é a oscilação da

Fig. 7.4

A tensão do painel varia de 4 a 14qual se encontra o MPPT.cíclica serem fixas. Isto acontece porque o Sepic é um circuito que possui dois indutores e dois capacitoessas oscilações são transitórias e diminuirão com o aumento do tempo. Na Fig. 7.5 podemos observar esta oscilação.

A simulação do circuito em malha aberta mostrou que o circuito projetado opera extraindo potênciapode fornecer.

Fig. 7.4 corrente extraída do painel

do painel varia de 4 a 14Vficando abaixo do valorde tensão no qual se encontra o MPPT. Essa tensão oscila mesmo com a frequência e razão

to acontece porque o Sepic é um circuito que possui dois dois capacitores provocando movimentos oscilatórios

essas oscilações são transitórias e diminuirão com o aumento do tempo.Na Fig. 7.5 podemos observar esta oscilação.

Fig. 7.5 tensão do painel.

A simulação do circuito em malha aberta mostrou que o circuito projetado opera extraindo potênciasem chegar a máxima potência que

29

Vficando abaixo do valorde tensão no Essa tensão oscila mesmo com a frequência e razão

to acontece porque o Sepic é um circuito que possui dois movimentos oscilatórios. No entanto

essas oscilações são transitórias e diminuirão com o aumento do tempo.

A simulação do circuito em malha aberta mostrou que o circuito sem chegar a máxima potência que o painel

7.2. ANÁLISE DO CIRCUITO COM O CONTROLE

A implementação do controlede um Cblock cujas entradas são os valores de corrente e tensão do painel e a saída é ligada a um PWMque irá fazer o chaveamento do vemos o circuito do conversor ligado ao painel e a bateria e no centroabaixo o Cblock ligado ao PWM que irá fazer o chaveamento do MOSFET.

Para esse circuito criouverificou-se o seu funcionamento em cada uma delas. Para o primeiro caso criouvariando a radiação entre 500W/m² e 1500W/m²

Fig.7.7

ANÁLISE DO CIRCUITO COM O CONTROLE

A implementação do controle em linguagem C foi feita no Pblock cujas entradas são os valores de corrente e tensão do painel e a

saída é ligada a um PWMque irá fazer o chaveamento do MOSFETvemos o circuito do conversor ligado ao painel e a bateria e no centroabaixo o Cblock ligado ao PWM que irá fazer o chaveamento do MOSFET.

Fig. 7.6 Circuito com controle.

Para esse circuito criou-se varias formas de onda de radiação e se o seu funcionamento em cada uma delas.

Para o primeiro caso criou-se uma variação de radiação aleatória variando a radiação entre 500W/m² e 1500W/m² conforme mostra a Fig. 7.7

Fig.7.7 variação da radiação caso 1.

30

foi feita no PSIM através block cujas entradas são os valores de corrente e tensão do painel e a

MOSFET. Na Fig. 7.6 vemos o circuito do conversor ligado ao painel e a bateria e no centro mais abaixo o Cblock ligado ao PWM que irá fazer o chaveamento do MOSFET.

se varias formas de onda de radiação e

variação de radiação aleatória conforme mostra a Fig. 7.7

Na Fig.7.8a potência extraída pelo painel é mostrada na curva em azul que segue a curva em vermelho a qupainel. Este gráfico nos dá a resposta esperada para nosso sistemapotencia extraída do painel é máxima durante todo o intervalo de tempo. O controle foi capaz de ajustar a razão cíclica do conversor para qsempre no MPPT.

Fig. 7.8

Na Fig.7.9 apresentaestabiliza em um valor próximo aos 17 V onde se encontra o MPPT. Dessa forma o conversor permanece

A corrente continua variando com a forma da radiação na qualestá submetido como mostra Fig.7.10.

potência extraída pelo painel é mostrada na curva em azul que segue a curva em vermelho a qual indica a potência máxima extraída pelo

Este gráfico nos dá a resposta esperada para nosso sistemapotencia extraída do painel é máxima durante todo o intervalo de tempo. O controle foi capaz de ajustar a razão cíclica do conversor para q

Fig. 7.8 potência extraída do painel caso 1.

apresenta-se o gráfico da tensão. A tensão no painel sobe e estabiliza em um valor próximo aos 17 V onde se encontra o MPPT. Dessa forma o conversor permanece extraindo a máxima potência do painel.

Fig. 7.9 tensão no painel.

A corrente continua variando com a forma da radiação na qualestá submetido como mostra Fig.7.10.

31

potência extraída pelo painel é mostrada na curva em azul al indica a potência máxima extraída pelo

Este gráfico nos dá a resposta esperada para nosso sistema, pois a potencia extraída do painel é máxima durante todo o intervalo de tempo. O controle foi capaz de ajustar a razão cíclica do conversor para que ele opere

tensão no painel sobe e estabiliza em um valor próximo aos 17 V onde se encontra o MPPT. Dessa

do a máxima potência do painel.

A corrente continua variando com a forma da radiação na qual o painel

Fig 7.10

7.3. ANÁLISE DE CIRCUITO PARA VARIAÇÕESDE RADI

Foi aplicado ao painel uma fonte de tensão quadrada para provocvariação de radiação demostrado na Fig.7.11.

Fig

Observa-se no gráfico da Fig.7.12 degrau o controle responde bem e consegue extrair a potência máxima em cada nível de radiação.

Fig 7.10 corrente de saída do painel.

ANÁLISE DE CIRCUITO PARA VARIAÇÕESDE RADIAÇÃO CASO 2

Foi aplicado ao painel uma fonte de tensão quadrada para provocvariação de radiação de500W/m² acima de um nível DC de 1000W/m²

Fig.7.11 variação da radiação caso 2.

no gráfico da Fig.7.12 que mesmo para uma variação degrau o controle responde bem e consegue extrair a potência máxima em

32

AÇÃO CASO 2

Foi aplicado ao painel uma fonte de tensão quadrada para provocar uma 500W/m² acima de um nível DC de 1000W/m² como é

mesmo para uma variação degrau o controle responde bem e consegue extrair a potência máxima em

Fig. 7.

No gráfico da tensão mostrado na Fig.7.13oscilações em torno de 17 V sempre que a radiação muda de nestabiliza rapidamente.

No gráfico da corrente mostrado na Fig.7.14 a forma de onda da radiação de entrada tendo dois níveis de corrente e sofrendo uma pequena oscilação na mudança destes níveis de radiação.oscilações ocorrem devido as variações no ponto de operação do painel. Como vimos na Fig.5.2 a corrente para valores de tensão próximos a tensão de potência máximacomeça a cair acentprovoca uma perturbação no sistema gerando a oscilação. Essa oscilação tende a diminuir e, devido apotência.

Fig. 7.12 potência extraída do painel caso 1.

No gráfico da tensão mostrado na Fig.7.13atensão sofre pequenas o de 17 V sempre que a radiação muda de n

Fig. 7.13 tensão no painel.

No gráfico da corrente mostrado na Fig.7.14 a corrente do painel segue a forma de onda da radiação de entrada tendo dois níveis de corrente e ofrendo uma pequena oscilação na mudança destes níveis de radiação.

oscilações ocorrem devido as variações no ponto de operação do painel. Como a corrente para valores de tensão próximos a tensão de

potência máximacomeça a cair acentuadamente. Essa queda de corrente provoca uma perturbação no sistema gerando a oscilação. Essa oscilação tende a diminuir e, devido aação do controle, se estabilizar no ponto de máxima

33

tensão sofre pequenas o de 17 V sempre que a radiação muda de nível, mas ela

corrente do painel segue a forma de onda da radiação de entrada tendo dois níveis de corrente e ofrendo uma pequena oscilação na mudança destes níveis de radiação. Essas

oscilações ocorrem devido as variações no ponto de operação do painel. Como a corrente para valores de tensão próximos a tensão de

uadamente. Essa queda de corrente provoca uma perturbação no sistema gerando a oscilação. Essa oscilação

do controle, se estabilizar no ponto de máxima

Fig

7.4. ANÁLISE DE CIRCRADIAÇÃO CASO 3

Criou-se uma grande variaçãotempo de 0,1 s como mostra a figura

Fig.7.

A potência extraída do painelpotência máxima do painel de forma eficiente.

Fig. 7.14 corrente de saída do painel

ANÁLISE DE CIRCUITO PARA GRANDES VARIAÇÕES DE RADIAÇÃO CASO 3

grande variação de 2000W/m²para 200W/m² em um tempo de 0,1 s como mostra a figura 7.13.

Fig.7.15 variação da radiação caso 3

A potência extraída do painel mostrada na Fig.7.15 que elapotência máxima do painel de forma eficiente.

34

UITO PARA GRANDES VARIAÇÕES DE

de 2000W/m²para 200W/m² em um

que ela seguiu a

35

Fig. 7.16 potência extraída do painel caso 3

A Fig.7.16 mostra que a tensão permaneceu estável no ponto de MPPT como era esperado.

Fig. 7.17 tensão no painel

A Fig.7.17 mostra que a corrente segue a forma de onda da radiação com dois níveis:2,4 e 0,2 A.

Fig

7.5. CARREGAMENTO DA BATERIA

A bateria a ser utilizada é uma UP12) que armazenara a energia produzida pelo painel.O carbateria se dará com umaMOSFET que é 30 kHz)uma entrada triangular DCinsolação como mostra o

Fig

Fig 7.18 Corrente de saída do painel

CARREGAMENTO DA BATERIA

A bateria a ser utilizada é uma bateria de Chumbo ácido (UP12) que armazenara a energia produzida pelo painel.O carbateria se dará com uma corrente pulsada (na a frequência de chaveamento do

z) com picos de aproximadamente 3,75Atriangular DCoffset de 1000 W/m² e Vpico-a-pico de 200W/m²

como mostra o gráfico da Fig. 7.18.

Fig. 7.19 Corrente de carga na bateria.

36

Chumbo ácido (Unipower UP12) que armazenara a energia produzida pelo painel.O carregamento da

(na a frequência de chaveamento do A, considerando

pico de 200W/m² de

37

8. IMPLEMENTAÇÃO DO CIRCUITO PRÁTICO

Para a montagem do circuito é necessário um layout de placa que considere todas as especialidades do projeto. No caso de conversores de potência as trilhas deverão ter uma espessura que suporte a passagem de correntes de alguns amperes. Como nesse projeto utilizou-se um painel de 20w a corrente máxima será de 3A para uma condição elevada de radiação solar da ordem de 3000W/m². Outro critério relevante será disposição dos componentes uma vez que a frequência de operação do circuito é alta e poderá provocar aquecimento do MOSFET.

8.1. MICRO CONTROLADORES PIC

Os micro controladores são chips inteligentes, que tem um processador, pinos de entradas/saídas e memória. Através da programação dos micro controladores podemos controlar suas saídas, tendo como referência as entradas ou um programa interno.14] O que diferencia os diversos tipos de micro controladores são as quantidades de memória interna (programa e dados), velocidade de processamento, quantidade de pinos de entrada/saída (I/O), alimentação, periféricos, arquitetura e set de instruções. [14] Micros controladores permitem a programação de diversos tipos de controle de forma simples, rápida e precisa. Nesse projeto o micro controlador deverá fazer o cálculo da potência e para isso serão necessários que um sensor de corrente e um sensor de tensão informe esses valores de forma rápida e precisa as portas de entrada do micro controlador. Para implementar o controle foi utilizado micro controlador PIC16F716. Esse pic já contém o PWM nas suas funções básicas. Para o pic são enviadas uma amostra da tensão do painel e uma segunda amostra de tensão para cálculo de corrente. O pic envia um sinal para controlar o período de chaveamento do MOSFET. O diagrama dos módulos do circuito e mostrado na Fig.8.1.

Fig.8.1 medição da corrente e da tensão do painel

8.2. ALIMENTAÇÃO DOS CIRCUITOS

A alimentação do pic será feita com sinal DC de 5V .Esse sinal será obtido de um circuito colocado na saída do painel que também contará com uma segunda alimentação que será a mesmo quando a tensão do painel for insuficientecarregada.

A alimentação do A

A alimentação dos também em 15V. O circuito completo está no anexo B.1

8.3. POTÊNCIA CONSUMIDA NOS CIRCUITOS DE CONTROLE

A potência deve ser a mínima possível para não compromefuncionamento do sistema. Os valores nominais consumidas por cada c

discriminação

micro controlador

medidor de tensão

medidor de corrente

ampop

Tabela 8.1

medição da corrente e da tensão do painel

ALIMENTAÇÃO DOS CIRCUITOS

A alimentação do pic será feita com sinal DC de 5V .Esse sinal será cuito colocado na saída do painel que também contará com

uma segunda alimentação que será a bateria. Desta forma este deve funcionar mesmo quando a tensão do painel for insuficiente, desde que a bateria esteja

A alimentação do AmpOp será em 15V e será feita da mesma forma

A alimentação dos transistores do circuito de disparo do mosfet se

O circuito completo está no anexo B.1

POTÊNCIA CONSUMIDA NOS CIRCUITOS DE CONTROLE

A potência deve ser a mínima possível para não compromefuncionamento do sistema.

Os valores nominais consumidas por cada circuito e dado na tabela 8.1.

Tensão(V) Corrente(mA) potência

consumida

5 5

4 5

0,2 5

15 3

total

Tabela 8.1 Potencia consumida no controle

38

A alimentação do pic será feita com sinal DC de 5V .Esse sinal será cuito colocado na saída do painel que também contará com

forma este deve funcionar desde que a bateria esteja

e será feita da mesma forma.circuito de disparo do mosfet será

POTÊNCIA CONSUMIDA NOS CIRCUITOS DE CONTROLE

A potência deve ser a mínima possível para não comprometer o

ircuito e dado na tabela 8.1.

potência consumida(mW)

25

20

1

45

91

39

Ainda deve-se considerar a potência consumida no circuito de disparo do MOSFET e no circuito do conversor. Assim assumimos que os gastos são pequenos e não comprometerão o funcionamento do circuito.

8.4. INSOLAÇÃO EM CURITIBA

Para poder estimar a potência que o painel pode fornecer é preciso conhecer os índices de insolação da região. Esses índices serão diferentes para cada ângulo de inclinação que a placa será colocada. Alguns ângulos receberão uma insolação maior em alguns meses, mas menor em outros meses. Por isso é necessário definir se o projeto será para um ângulo que de a maior media mensal ou ainda um ângulo que dá uma média menor mas um mínimo mensal maior. Para a cidade de Curitiba a inclinação do painel que dá o maior mínimo mensal é 44°N [14]. Dessa forma o painel terá a menor geração no mês de maio (onde receberá uma média de 3,19kW/m² ao dia de radiação solar) e a maior no mês de junho (4,36kW/m²).Os valores dos outros meses estão no gráfico em anexo C.

8.5. CUSTO DO PROJETO

O custo do projeto com base nos valores da loja Beta

(http://www.betacomercial.com.br).

40

Tabela 8.2 Preço dos componentes do projeto

O painel utilizado tem uma potência de 20W e está custando cerca de R$ 300,00 (http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-210794150-painel-solar-fotovoltaico-

20w-12vcc-em-so-paulo-_JM)

COMPONENTE ESPECIFICAÇÃO quantidade valor valor total

ampop lm741 1 0,70R$ 0,70R$

bateria gel 12V / 1,3Ah 1 19,39R$ 19,39R$

capacitor cerâmico 10nF/25V 3 0,10R$ 0,30R$

Capacitor prolipropileno 10uF/25V 2 0,10R$ 0,20R$

Capacitor prolipropileno 47uF/25V 1 0,10R$ 0,10R$

Diodo (1N4148) 200mA 3 0,05R$ 0,15R$

diodo ultra rápido (MUR460) 4A 1 4,20R$ 4,20R$

Indutor 400u 1 10,00R$ 10,00R$

Indutor 1200u 1 10,00R$ 10,00R$

Microcontrolador PIC 16F716 1 8,00R$ 8,00R$

mosfet (IRF530) 14A / 100V 1 2,95R$ 2,95R$

oscilador XTAL 20MHz 1 0,75R$ 0,75R$

placa de fenolite 1 6,20R$ 6,20R$

Resistor 5K6Ω 5 0,03R$ 0,15R$

Resistor 1kΩ 1 0,03R$ 0,03R$

Resistor 200mΩ 1 0,03R$ 0,03R$

Resistor 100Ω 3 0,03R$ 0,09R$

Resistor 200Ω 1 0,03R$ 0,03R$

Resistor 1k 1 0,03R$ 0,03R$

Resistor 3k 1 0,03R$ 0,03R$

Resistor 15Ω 1 0,03R$ 0,03R$

TransistorNPN(BC337) 25V/500mA 2 0,17R$ 0,34R$

TransistorPNP(BC328) 25V/500mA 1 0,19R$ 0,19R$

zenner 5V / 1W 1 0,26R$ 0,26R$

Zenner 7.5V/0.5W 1 0,11R$ 0,11R$

zenner 15V / .5W 1 0,10R$ 0,10R$

64,36R$

41

9. RESULTADOS PRÁTICOS

No circuito prático mediu-se o comportamento do PWM gerado. As medidas foram feitas em malha aberta. Para obter as medidas utilizou-se um osciloscópio. O PWM gerado para chavear o MOSFET é mostrado nas Fig. 10.1., Fig.10.2.e Fig.10.3.como é possível observar a razão cíclica do PWM muda com a réplica da tensão ou da corrente que é amostrada nas portas A/D1 e A/D2 do pic. Esse sinal de PWM foi obtido no gate do MOSFET, ou seja, depois do circuito de amplificação.

Fig.9.1 PWM1 gerado e tensão no A/D1 do pic

Fig.9.2 PWM2 gerado e tensão no A/D1 do pic

42

Fig.9.3 PWM3 gerado e tensão no A/D1 do pic

Com os gráficos acima conclui-se que o controle responde de forma esperada as variações de potencia do painel fotovoltaico. Para saber se o painel segue o ponto de potencia máximo (MPPT) seriam necessários testes em malha fechada do conversor com o controle e, ainda, considerando variações de luminosidade no painel. Esses últimos testes não foram realizados. No circuito do conversor SEPIC foi amostrada apenas a tensão de saída. A tensão na carga manteve-se estável em 12V como mostra a curva em azul no gráfico da Fig. 10.4.

. Fig. 9.4 tensão na saída do conversor SEPIC

Não foram realizados testes no circuito em malha fechada.

43

10. CONCLUSÃO

É possível observar que a utilização de técnicas de controle contribui para o aumento de produção de energia mesmo em painéis de pequena potência o que torna as células comerciais cada vez mais populares e interessantes inclusive em residências onde existam outras fontes de energia. Com a evolução dos painéis solares o Brasil pode se tornar um grande beneficiado pela energia solar e estudos nessa área são de extrema importância para garantir o suprimento de energia no futuro e diminuir a dependência do petróleo. Ainda não existem no Brasil grandes projetos utilizando essa fonte o que nos deixa tecnologicamente atrasados nessa área. Existem apenas algunsprojetos de destaque como a Usina de Tauá no Ceará com capacidade instalada de 1 MW.Atualmente a capacidade instalada no Brasil é de 20 Megawatts [15]. O uso de conversores controlados acoplados aos painéis trazem grandes benefícios e o conversor Sepicapresenta a vantagem maior de poder ajustar o nível da tensão na saída. O projeto desses conversores ainda tem um custo alto para o seu ganho de potência, contudo se considerarmos períodos longos de geração (acima de 20 anos) esse custo não é alto e pode ser economicamente viável em inúmeras aplicações. O desenvolvimento de um circuito físico permite conhecermos melhor os problemas da geração fotovoltaica sobretudo o seu real desempenho buscando soluções para que esta se torne viável. Com a demanda de energia existente hoje não podemos considerar nenhuma energia como cara ou do futuromasprecisamos estudar mais essas formas de geração para poder suprir a necessidade sem gerar danos ao planeta. Novos tipos de geração fotovoltaica e também painéis híbridos são esperanças concretas de se gerar energia de forma absolutamente limpa. Na Fig. 10.1 temos um exemplo de um painel hibrido o qual nos mostra as diversas formas de aproveitamento do potencial da energia solar.

44

Fig. 10.1Painel solar hibrido com aquecimento de água e fotovoltaico.

45

11. TRABALHOS FUTUROS

Sistemas fotovoltaicos exige, na maior parte dos casos, a utilização de baterias. Cada tipo de conversor CC-CC utilizado fornece um tipo de carga na bateria. O Sepic é um conversor que fornece uma corrente pulsada na saída. Dessa forma torna-se necessário o estudo da eficiência desses carregamentos. Quando o conversor utilizado for o Sepic qual a melhor frequência de operação que este deve ser dimensionado para melhor aproveitamento da sua corrente pulsada na eficiência do carregamento da bateria. No Brasil os investimentos em energia solar são muito inferiores aos demais países com mesmo nível de desenvolvimento econômico e tecnológico. São necessários estudos detalhados que demonstrem as principais regiões brasileiras onde a solar é mais competitiva e as perspectivas de crescimento em cada região. A simulação computacional de controle com seguidor de MPPT para painéis fotovoltaicos permite a comparação entre a potência máxima e a potência extraída do painel. Na pratica, entretanto, é preciso que sejam feitas as medidas de radiação instantânea a qual o painel está submetido. Trabalhos práticos com painéis fotovoltaicos podem trazer maiores informações sobre a eficiência real da atuação de controles com seguidor de MPPT. Dessa forma é necessário estudos que demonstrem resultados práticos fazendo medidas instantâneas de radiação.

46

REFERENCIAS

[1] CW World.de DeusttcheWelle(http://www.dw-

world.de/dw/article/0,,854565,00.html).Acessado em 10/12/2011.

[2] EPIA Energy PhotovoltaicIndustryAssociation. (.http://www.epia.org/policy/european-union/eu-energy-trends-2030.html).Acessado em 15/11/2011.

[3] Inovação Técnológica(http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010115

070726).Acessado em 02/01/2012.

[4] Relatório da Energy PhotovoltaicIndustryAssociation(EPIA) 2004.

[5]AtlasSolarimétrico do Brasil ,Banco de Dados Terrestres,2000

[6]Technosol Sustentabilidade (http://www.technosol.ind.br/index_arquivos/paineilsolar.htm ). Acessado em 20/01/2012.

[7] Patrício, P.Rendimentos termodinâmicos das células fotovoltaicas. Março,2006

[8]Varella,C.A.A.; Estimativa da potência dos motores de combustão interna Universidade Federal Rural do Rio de janeiro 2010

[9]Feira De Ciencias(http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_T08.asp.). Acesado em 08/01/2012.

[10] BARBI, I.; Conversores CC-CC básicos não Isolados. Santa Catarina: Florianópolis, 2002.

[11]ANDRADE,J.; Estudo do mecanismo da carga pulsada em eletrodos planos de pb e em eletrodos porosos de baterias chumbo ácido. Universidade Federal do Paraná. Curitiba,2006.

[12] CAVALCANTI, M.C.; OLIVEIRA, K.C.; AZEVEDO, G.M.S. Comparative Study of Maximum Power Tracking Techniques for photovoltaic systems. Sobraep, São Paulo, v.12,p.1-9, 2007.

47

[13] Dante Victor Shimoda Pereira, “Conversor CC-CC Boost com MPPT Alimentado por Painéis Fotovoltaicos para Aplicação em Geração Distribuída, Dissertação de Graduação, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, Dezembro. 2010.

[14]Radioamadores.Net(http://www.radioamadores.net/files/microcontroladores_pic.pdf).Acessado em 05/01/2012.

[15] CEPEL, Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito. Potencial solar - SUNDATA. Disponível em www.cresesb.cepel.br.

[16]Exame(http://exame.abril.com.br/economia/meio-ambiente-e-energia/noticias/pesquisadores-avaliam-implantacao-energia-solar-brasil-540472).

Acessado em 10/01/2012.

[17]SEGUEL, J.I.L.; Projeto de um sistema autônomo de suprimento de energia usando técnica MPPT e controle digital. Belo Horizonte, 2009. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica), Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Minas Gerais.

[18] Ernst & Young Terco; 30ª edição,agosto,2011.

[19] Solar Heat World ide , E D I T I O N 2 0 11.

[20]BONIFÁCIO;P.S.J.; Seguidor fotovoltaico: uma variação do p&o - simulação e prototipagem.Lisboa,2010. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica), Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Nova Lisboa.

[21] J. Davison, “The New Solar Electric Home: The Fotovoltaic How-to Handbook,” AATEC Publications, 1995.

[22] CIEMAT, “Fundamentos, Dimensionado y Aplicaciones de laEnergía Solar Fotovoltaica,” CIEMAT, España, 2000..

[23]Julio Igor Lopes Seguel, “Projeto de um Sistema Fotovoltaico Autônomo de Suprimento de Energia Usando Técnica MPPT e Controle Digital,” Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Minas Gerais, Agsto, 2009.

[24] A. Goetzberger, J. Knobloch, B Voss, “Crystalline Silicon Solar Cells,” editorial John Wiley & Sons Ltd, 1 ed., Inglaterra, 1998.

48

[25] Valente, M. A. S, ”Caracterização automática de um painel fotovoltaico”, Dissertação de Mestrado de Engenharia Elétrica, Universidade Nova de Lisboa,Lisboa,2011.

[26]AtlasSolamétrico do Brasil ,Banco de Dados Terrestres,2000

[27]Relatório da IEA (Internacional Energy Agency) 2005

49

ANEXO A

PROGRAMA UTILIZADO NA GRAVAÇÂO DO PIC

#include <main.h>

#DEFINE K 2

int1 key=0,tip=0,ligaled=0;

int8inc=0,contador=0;

#int_RTCC

voidRTCC_isr(void) //overflow de 32 ms

if(ligaled)

inc++;

if(inc>=10)

output_low(pin_c3);

ligaled=0;

inc=0;

void main()

floatdif, dif2;

int32 corr,tens,pot=0,Init,maximo,minimo,Duty,oldDuty,media=0,oldcorr,oldtens;

signed int32 oldpot=0,mediaf=0;

setup_adc_ports(sAN0|sAN1|VSS_VDD);

setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_8);

setup_spi(SPI_SS_DISABLED);

setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_256);

50

setup_timer_1(T1_DISABLED);

setup_timer_2(T2_DIV_BY_1,166,1);//Configura timer p/ 30Khz

enable_interrupts(INT_RTCC);//Ativainterrupção p/ piscar led

enable_interrupts(GLOBAL);

setup_ccp1(CCP_PWM);

setup_comparator(NC_NC_NC_NC);

set_pwm1_duty(267);//seta razão ciclica inicial em 40%

output_low(pin_c3);

Init=40;

maximo=90;

minimo=10;

media=0;

WHILE(TRUE)

set_adc_channel(0);

delay_us(10);

corr=read_adc();//Le valor de corrente

dif=corr; dif=dif*0.07;

if(corr>oldcorr)dif2=corr-oldcorr;

if(corr<oldcorr)dif2=oldcorr-corr;

if(corr!=oldcorr&&corr>140)

if(dif2>dif)

ligaled=1;

output_high(pin_c3);

pot=corr*tens;//Calcula valor da potencia com os dois valores anteriores

if(pot!=oldpot)

51

if(pot>oldpot)

if(Duty>oldDuty)Init+=k;

else if(Duty<=oldDuty)Init-=k;

oldDuty=Duty;

else if(pot<oldpot)

if(Duty>oldDuty)Init-=k;

else if(Duty<=oldDuty)Init+=k;

oldDuty=Duty;

if(init>maximo)init=maximo;

if(init<=minimo)init=minimo;

Duty=Init*668;

Duty/=100;

set_pwm1_duty(Duty);

oldpot=pot;

oldcorr=corr;

set_adc_channel(1);

delay_us(10);

tens=read_adc();// Le valor de tensão

dif=tens; dif=dif*0.07;

if(tens>oldtens)dif2=tens-oldtens;

if(tens<oldtens)dif2=oldtens-tens;

52

if(tens!=oldtens&&tens>140)

if(dif2>dif)

ligaled=1;

output_high(pin_c3);

pot=corr*tens;//Calcula valor da potencia com os dois valores anteriores

if(pot!=oldpot)

if(pot>oldpot)

if(Duty>oldDuty)Init+=k;

else if(Duty<=oldDuty)Init-=k;

oldDuty=Duty;

else if(pot<oldpot)

if(Duty>oldDuty)Init-=k;

else if(Duty<=oldDuty)Init+=k;

oldDuty=Duty;

if(init>maximo)init=maximo;

if(init<=minimo)init=minimo;

Duty=Init*668;

Duty/=100;

set_pwm1_duty(Duty);

oldpot=pot;

oldtens=tens;

53

ANEXO B

DIAGRAMA DO CIRCUITO

54

ANEXO B.1 COMPONENTES

COMPONENTE REFERÊNCIA ESPECIFICAÇÃO

Capacitor prolipropileno C1 10uF/25V

Capacitor prolipropileno C2 47uF/25V

Indutor L2 400u

diodo ultra rápido (MUR460) D1 4A

Indutor L1 1200u

mosfet (IRF530) Q1 14A / 100V

bateria B 12V

Microcontrolador pic PIC 16F716

capacitor cerâmico C1E/C2E 10nF/25V

oscilador XTAL 20MHz

Resistor R1B/R2B/R3B/R4B/R5B 5K6Ω

Capacitor C1C 10n

Resistor RC2 1kΩ

Resistor RC3 200mΩ

Resistor RC1 100

Resistor R1D 100Ω

Resistor R2D 100Ω

Resistor R3D 200Ω

Diodo (1N4148) D1D 200mA

Diodo (1N4148) D2D 200mA

zenner DZ1D 15V / .5W

zenner DZ2D 5V / 1W

Resistor R1A 1k

Resistor R2A 3k

Resistor R3A 15Ω

Diodo (1N4148) D1A 200mA

Capacitor C1A 10uF/25V

Zenner DZ1A 7.5V/0.5W

TransistorPNP(BC328) Q2A 25V/500mA

TransistorNPN(BC337) Q3A,Q1A 25V/500mA

Vários modelos de painel foram criados e implementados em diversos softwares, destacando-se modelos criados no MATLAB e no PSsimular as características reais de painéis fotovoltaicos. O Simulador PSIM apresenta em modelos de painéis, sendo um (phisicalde representar as características de variação painel. Acessando o menuUtiities> solar module é possível especificar todos os parâmetros do painel a ser utilizado. Neste trabalho utilizacélulas cuja potência máxima é de 21W e os demais parâmetros pobservados na Fig. D1

Fig.D.1 Inter

A partir desses valores podeser colocado entre a saída do painel e a bateria.

ANEXO C

Representação do painel

Vários modelos de painel foram criados e implementados em diversos se modelos criados no MATLAB e no PS

simular as características reais de painéis fotovoltaicos. O Simulador PSIM apresenta em suas versões mais recentes dois

modelos de painéis, sendo um (phisicalmodel), utilizado neste trabalho, capaz de representar as características de variação de temperatura e radiação em um

Acessando o menuUtiities> solar module é possível especificar todos os parâmetros do painel a ser utilizado. Neste trabalho utiliza-se um painel de 36 células cuja potência máxima é de 21W e os demais parâmetros p

Interface de inserção dos dados do painel.

A partir desses valores pode-se dimensionar um conversor CC ser colocado entre a saída do painel e a bateria.

55

Vários modelos de painel foram criados e implementados em diversos se modelos criados no MATLAB e no PSIM, para

suas versões mais recentes dois , utilizado neste trabalho, capaz

de temperatura e radiação em um

Acessando o menuUtiities> solar module é possível especificar todos os se um painel de 36

células cuja potência máxima é de 21W e os demais parâmetros podem ser

se dimensionar um conversor CC –CC para

Todos os valores utilizados nessa interface de painel fotovoltaico. Este modelo criado no PSIM simula de forma muito eficiente as características de um painel real e, portanto poderá ser utilizado para variações de insolação e temperatura estudadas nesse trabalho. Outra opção para simulação do painel é utilizar a inserção direta dos parâmetros físicos do painel como mostra a Fig.

Fig. D.2 Interface de inserção dos parâmetros físicos do painel

Numero de células, Ns: Número de células fotovoltaicas em série que forma o painelFV; Resistência série, Rs: Resistência série de cada célula, em Resistencia Shunt, Rsh: Resistência de shunt de cada célula, em 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 cristalinos e 1,75 para Si amorfos;

Fator de idealidade, A: Também chamado de coeficiente de

voltade 02 para Si cristalino e menos que 02 para Si amorfo;Coeficiente de temperatura, Ct: Dado em A/°C ou A/K;

Todos os valores utilizados nessa interface são de um modelo comercial

Este modelo criado no PSIM simula de forma muito eficiente as características de um painel real e, portanto poderá ser utilizado para variações de insolação e temperatura estudadas nesse trabalho.

o para simulação do painel é utilizar a inserção direta dos parâmetros físicos do painel como mostra a Fig.D.2.

.2 Interface de inserção dos parâmetros físicos do painel

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

Resistência série, Rs: Resistência série de cada célula, em Ω; Resistencia Shunt, Rsh: Resistência de shunt de cada célula, em Corrente de curto circuito, Isc0: Corrente de curto circuito em cada célula na temperatura de referencia, em A;

ente 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 cristalinos e 1,75 para Si amorfos;

A: Também chamado de coeficiente de emissão. voltade 02 para Si cristalino e menos que 02 para Si amorfo; Coeficiente de temperatura, Ct: Dado em A/°C ou A/K;

56

de um modelo comercial

Este modelo criado no PSIM simula de forma muito eficiente as características de um painel real e, portanto poderá ser utilizado para variações

o para simulação do painel é utilizar a inserção direta dos

.2 Interface de inserção dos parâmetros físicos do painel

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

Resistencia Shunt, Rsh: Resistência de shunt de cada célula, em Ω; Corrente de curto circuito, Isc0: Corrente de curto circuito em cada célula na

ente de saturação, Is0: Corrente de saturação do diodo para cada célula

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

emissão. Vale por

Coeficiente KS: Esse coeficiente define como a intensidade de luz afetará atemperatura das células solares.

Coeficiente KS: Esse coeficiente define como a intensidade de luz afetará as células solares.

ANEXO D

INSOLAÇÃO EM CURITIBA

FONTE : CEPEL

57

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