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Type: Trabalho de Conclusão de Curso
Title: Parametrização de circuitos elétricos equivalentes com algoritmo twiddle para rastreamento de máxima potência no aproveitamento fotovoltaico de energia
Author: Oliveira, Elias Lopes
First Advisor: Braga, Henrique Antônio Carvalho
Co-Advisor: Maciel, Wesley Henrique
Referee Member: Ferreira, André Augusto
Referee Member: Oliveira, Janaína Gonçalves de
Resumo: Tendo em vista a crescente relevância da produção de energia baseada em fontes renováveis, cujos impactos ao planeta são atenuados, este trabalho tem como objetivo desenvolver e validar modelos para a otimização de sistemas fotovoltaicos, abordando desde a modelagem de geradores até o controle de conversores CC-CC e CC-CA utilizados na integração desses sistemas ao consumo final. O estudo inicia-se com a modelagem e parametrização de geradores fotovoltaicos, sendo apresentados aspectos de circuitos elétricos equivalentes, com ênfase no modelo de diodo único com resistências série e paralela, para simular com precisão o comportamento de células, módulos e arranjos fotovoltaicos sob diferentes condições operacionais. Em seguida, são introduzidas e discutidas técnicas de rastreamento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking: MPPT, do inglês), cuja principal função é garantir que os sistemas fotovoltaicos operem com a máxima eficiência, considerando as condições ambientais a que estão submetidos. Utilizando conversores CC-CC, como o boost, abordou-se a implementação e análise de resultados a partir do método “Perturba e Observa”, destacando-se o desenvolvimento de um controlador de corrente do tipo PI acoplado a um algoritmo MPPT, garantindo maior robustez à operação do sistema. As simulações realizadas para essas configurações demonstraram a eficiência potencial na otimização da extração de energia dos arranjos fotovoltaicos. Por fim, o trabalho aborda o uso de inversores na conversão de energia CC-CA, crucial para a integração dos sistemas fotovoltaicos às cargas alimentadas em corrente alternada. Dentre as topologias divulgadas na literatura, adotou-se o inversor baseado na célula de comutação de três estados (Three-State Switching Cell: 3SSC, do inglês), cujas características facilitam a filtragem das distorções harmônicas e, consequentemente, a melhoria da qualidade da energia gerada. Os resultados obtidos em simulação demonstraram o sucesso significativo no aproveitamento fotovoltaico com uma tensão alternada de cinco níveis, sem dissipação relevante de potência em componentes harmônicas indesejadas.
Abstract: Given the growing relevance of energy production based on renewable sources with a lower environmental impact, this work aims to develop and validate models for the optimization of photovoltaic systems, addressing everything from the modeling of generators to the control of converters DC-DC and DC-AC used in the integration of these systems into final consumption. The study begins with the modeling and parameterization of photovoltaic generators, where equivalent electrical circuits are presented, with an emphasis on the single-diode model with series and parallel resistances, to accurately simulate the behavior of photovoltaic cells, modules, and arrays under different operating conditions. Next, techniques for Maximum Power Point Tracking (MPPT) are introduced and discussed, with the main function of ensuring that photovoltaic systems operate at maximum efficiency, considering the environmental conditions to which they are subjected. Using DC-DC converters, such as the boost converter, the implementation and analysis of results based on the “Perturb and Observe” method were addressed, highlighting the development of a current PI controller coupled with an MPPT algorithm to ensure greater system robustness. The simulations performed for these configurations demonstrated the potential efficiency in optimizing energy extraction from photovoltaic arrays. Finally, the work addresses the use of inverters in DC-AC energy conversion, which is crucial for the integration of photovoltaic systems into loads powered by alternating current. Among the topologies discussed in the literature, the inverter based on the three-state switching cell (3SSC) was adopted, whose characteristics facilitate the filtering of harmonic distortions and consequently improve the quality of the generated energy. The simulation results demonstrated significant success in photovoltaic energy utilization with a five-level alternating voltage, without relevant power dissipation in unwanted harmonic components.
Keywords: MPPT
Conversores eletrônicos
Modelo de diodo único
Algoritmos de parametrização
3SSC
Energia fotovoltaica
Fontes renováveis
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19271
Issue Date: 19-Sep-2024
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