Pesquisas Direcionadas ao Segmento de Energia Solar

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1 Pesquisas Direcionadas ao Segmento de Energia Solar Marcelo Cabral Cavalcanti GEPAE - Grupo de Eletrônica de Potência e Acionamentos Elétricos UFPE - Universidade Federal de Pernambuco

2 Parte 1 Apresentação do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) e do Grupo de Pesquisa em Eletrônica de Potência

3 PPGEE Equipe 24 Professores permanentes; 11 bolsistas de produtividade em pesquisa do CNPq; 79 alunos de doutorado e 78 alunos de mestrado. Produção Científica 62 teses de doutorado e 277 dissertações de mestrado concluídas; Últimos 4 anos: 102 periódicos publicados; Prêmio Capes de Tese - Edição

4 PPGEE Conceito Os professores do PPGEE mantêm intercâmbio científico com vários grupos de pesquisa no Brasil e no exterior; O PPGEE está classificado com conceito 5 segundo a avaliação quadrienal da CAPES. Áreas de concentração Comunicações; Eletrônica; Fotônica; Processamento de Energia. 4

5 Grupo de Eletrônica Potência Equipe Professores: Francisco Neves (coordenador), Fabrício Bradaschia, Gustavo Azevedo, Leonardo Limongi e Marcelo Cavalcanti; Três bolsistas de produtividade em pesquisa do CNPq; 13 alunos de doutorado e 14 alunos de mestrado. Atividades de Pesquisa Inversores Fotovoltaicos de Alto Desempenho para Conexão de Células Solares à Rede Elétrica; Condicionadores de Energia Elétrica; Microrredes. 5

6 Produção Científica Grupo de Eletrônica Potência 7 teses de doutorado e 33 dissertações de mestrado concluídas; Últimos 5 anos: 31 periódicos publicados; The Best Paper Award em duas conferências do IEEE: PELINCEC 2005, International Symposium Industrial Electronics Cooperação Acadêmica (CAPES) PROCAD - Técnicas de Monitoramento e Controle de Conversores Estáticos de Potência (UFMG, UFPE, UDESC, UFSJ); PROCAD - Conversores Estáticos e Estratégias de Controle para Conexão de Sistemas Geradores Fotovoltaicos à Rede Elétrica (UFSM, UFPE, UDESC). 6

7 Grupo de Eletrônica Potência Projetos ANEEL/Celpe - Projeto, Construção e Avaliação de Desempenho de um Restaurador Dinâmico de Tensão de Baixo Custo; ANEEL/Celpe - Construção de um Condicionador de Energia Elétrica; ANEEL/Celpe - Determinação da Vida útil Remanescente de Baterias Chumbo-Ácidas Estacionárias; ANEEL/Celpe - Desenvolvimento de um sistema supervisor de controle da operação do sistema elétrico em lugares isolados utilizando fontes alternativas de energia - Caso Ilha de Fernando de Noronha. 7

8 Grupo de Eletrônica Potência Projetos CNPq - Estudo de Topologias de Conversores para Sistemas Fotovoltaicos sem Transformador Conectados à Rede Elétrica; FACEPE: Programa de Apoio a Núcleos Emergentes - Sistemas Fotovoltaicos sem Transformador com Funções Adicionais para a Melhoria da Qualidade de Energia; FACEPE: Primeiros Projetos Contribuições em Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica sem Transformador; FACEPE: Primeiros Projetos Construção do Protótipo de uma Microrrede com Integração de Fontes de Energia Renováveis Eólica e Solar. 8

9 Parte 2 Pesquisas sobre Energia Solar

10 Parâmetros de módulos FV Dissertação 1 Emerson Alves da Silva Título: Técnicas de Estimação de Parâmetros de Módulos Fotovoltaicos Orientador: Fabrício Bradaschia Coorientador: Marcelo Cabral Cavalcanti Data da Defesa: 27 de fevereiro de

11 Parâmetros de módulos FV Técnicas de Estimação de Parâmetros de Módulos Fotovoltaicos Os modelos elétricos de módulos fotovoltaicos podem ser de dois tipos: os modelos de duplo diodo e modelos de diodos individuais. O modelo de um único diodo (Figura 1(a)) inclui quatro componentes: uma fonte de corrente fotogerada, um diodo em paralelo com a fonte, uma resistência série, R s, e uma resistência shunt, R p. 11

12 Parâmetros de módulos FV Técnicas de Estimação de Parâmetros de Módulos Fotovoltaicos 12

13 Técnicas de MPPT Dissertação 2 Artur Muniz Szpak Furtado Título: Técnicas de Seguimento do Ponto de Máxima Potência para Sistemas Fotovoltaicos com Sombreamento Parcial Orientador: Fabrício Bradaschia Coorientador: Marcelo Cabral Cavalcanti Data da Defesa: 26 de fevereiro de

14 Técnicas de MPPT Técnicas de Seguimento do Ponto de Máxima Potência para Sistemas Fotovoltaicos com Sombreamento Parcial Proposta de uma nova técnica de MPPT global para sistemas fotovoltaicos com sombreamento parcial a partir das conclusões obtidas nos estudos estatísticos. 14

15 Técnicas de MPPT Técnicas de Seguimento do Ponto de Máxima Potência para Sistemas Fotovoltaicos com Sombreamento Parcial 15

16 Sistemas sem transformador Dissertação 3 Gilberto Alves Tenório Júnior Título: Inversores Fonte Z Monofásicos e Conversor de Dois Estágios para Sistemas Fotovoltaicos sem Transformador Orientador: Marcelo Cabral Cavalcanti Coorientador: Gustavo Medeiros de Souza Azevedo Data da Defesa: 22 de março de

17 Sistemas sem transformador Soluções convencionais usam transformadores na frequência da rede ou transformadores de alta frequência. 17

18 Sistemas sem transformador Soluções sem transformadores: Alta eficiência; Volume e peso reduzidos; Menor custo. 18

19 Sistemas sem transformador As carcaças dos painéis PV em sistemas sem transformador devem ser aterrados em vários países, com o objetivo principal de proteger o sistema e evitar o risco de choque elétrico ao tocar na carcaça do sistema em operação. 19

20 Sistemas sem transformador O valor da capacitância parasita de um arranjo fotovoltaico depende de vários fatores, entre eles a área da superfície do arranjo fotovoltaico e da sua estrutura metálica, o aterramento da estrutura metálica, umidade, poeira e a tecnologia de fabricação das células fotovoltaicas. Na tese de doutorado de Kerekes são apresentados resultados de medições realizadas com módulos fotovoltaicos sob diferentes condições de teste. Com base nos resultados das medições realizadas o autor considera uma capacitância parasita de 100 nf/kwp para simular um gerador fotovoltaico construído com módulos de silício cristalino. De acordo com o relatório da empresa SMA, considerando uma camada contínua de água sobre o módulo fotovoltaico, a capacitância parasita estimada está entre 60 e 110 nf/kwp para módulos de silício cristalino. 20

21 Sistemas sem transformador Foi proposto pelo grupo de pesquisa o ZSI-D com a utilização de um diodo de recuperação rápida adicional no ramo inferior da malha Z como uma solução para redução da corrente de fuga durante os instantes de aplicação dos estados de curto-circuito. 21

22 Sistemas sem transformador ZSI-D: PWM boost simples bipolar 22

23 Pesquisas Futuras O Grupo de Eletrônica de Potência mantém vários projetos financiados por CNPq, FACEPE e ANEEL/Celpe e vários desses projetos e cooperações envolvem assuntos ligados a energia solar fotovoltaica. As pesquisas atuais do grupo estão voltadas para microgeração e microrredes. 23