Otimização de sistemas fotovoltaicos.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2007 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG |
Texto Completo: | http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/9580 |
Resumo: | 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. |
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Otimização de sistemas fotovoltaicos.Optimization of photovoltaic systems.Sistemas FotovoltaicosPonto de Máxima Potência (MPP)Conversor CC-CCAcumuladoresInversores de FrequênciaControladores de Carga dos AcumuladoresPhotovoltaic SystemsMaximum Power Point (MPP)DC-DC ConverterAccumulatorsFrequency InvertersBattery Charge ControllersEngenharia ElétricaO 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.The distributed energy generation model has frequently been focused, showing advantages over the centralized generation model. Renewable energy sources such as wind and photovoltaics (PV) have a key role in these systems, having low environmental impact. In this work PV systems will be focused. Photovoltaic systems are usually built of a set of PV generator modules, batteries, charge controller and inverter, having several optimization opportunities in these components. One possible optimization is employing of maximum power point tracking (MPPT) methods, which will change the generator's operating point in such a way as to maximize the generated power. In this work a new MPPT method is proposed, employing the generator's nameplate data for accelerated tracking. A DC-DC converter capable of executing the method is also developed. The developed MPPT method is based on the equivalent circuit model of the PV generator, and requires no previous knowledge of the load, no expensive sensors, and no excessive processing power. The model is determined from nameplate data, and corrected using the operating temperature. From the model a special set of curves is calculated, describing all possible locations of the MPP on the voltage-current plane. These curves are named MPP Locus, and are employed to determine the optimum working voltage for the generator. Partial shading conditions are considered, and corrected by fusing the model-based method with a perturb-and-observe type. With this method, a tracking speed gain of up to 70:1 is achieved when compared to the non-model-based methods. The realtime computational complexity is reduced by employing a two-dimensional lookup table with 512 points and bilinear interpolation. Even thought the calculation of the table is processing intensive, this is required only once and not necessarily on the target processor, therefore achieving satisfactory results even on systems with limited processing power. The DC-DC converter studied is a current-fed push-pull. This converter is specially adequate for PV systems, where th input voltage is usually low (10.5-60V) and a high gain is required. Galvanic isolation is also provided in order to protect the user from accidental shock in the low-voltage circuit. A control law is developed in order to enable the use of the MPPT method with the converter. A dedicated control loop is used to prevent core saturation, excluding the related losses, and allowing a smaller core size. The control law is configured in such a way that MPPT is enabled only if the load can sink all the power, and disabled otherwise, removing the need for a minimum load guarantee. Experimental results demonstrate the converter's functionality, and simulation results are used to validate the control law.Universidade Federal de Campina GrandeBrasilCentro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEIPÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICAUFCGLIMA, Antonio Marcus Nogueira.LIMA, A. M. N.http://lattes.cnpq.br/2237395961717699CORRÊA, Maurício Beltrão Rossiter.SOUZA FILHO, Eurico Bezerra de.OLIVEIRA, Alexandre Cunha.HARTMANN, Lucas Vinicius.2007-12-192019-11-27T11:10:21Z2019-11-272019-11-27T11:10:21Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/9580HARTMANN, Lucas Vinicius. Otimização de sistemas fotovoltaicos. 2007. 101f. (Dissertação) Mestrado em Engenharia Elétrica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande – Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2007.porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCGinstname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)instacron:UFCG2021-06-11T18:19:53Zoai:localhost:riufcg/9580Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.ufcg.edu.br/PUBhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/oai/requestbdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.bropendoar:48512021-06-11T18:19:53Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false |
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