ANÁLISE, SIMULAÇÃO E IMPLEMENTAÇÃO DE UM CONTROLADOR MPPT APLICADO A UM SISTEMA FOTOVOLTAICO

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1 ANÁLISE, SIMULAÇÃO E IMPLEMENTAÇÃO DE UM ONTROLADOR MPPT APLIADO A UM SISTEMA FOTOVOLTAIO João Victor Guimarães França 1 Palôma Azevedo osta Bruno Macedo Gonçalves 3 Emanuel Philipe P. Soares Ramos 4

2 PALAVRAS-HAVE: energia fotovoltaica; MPPT; eficiência energética. 1. INTRODUÇÃO A energia elétrica gerada por meio de módulos fotovoltaicos vem ganhando cada vez mais espaço. Esta possui algumas vantagens se comparada às outras fontes, uma vez que sua geração é silenciosa e não poluente, de simples instalação, de fácil expansão e de pouca necessidade de manutenção. Entretanto, ainda enfrenta alguns desafios, como seu alto custo e sua baixa eficiência. Uma forma de aumentar a eficiência de um sistema fotovoltaico consiste em extrair a máxima potência produzida pelos módulos fotogeradores, porém isto não é um problema trivial. A energia gerada dependente de forma não linear da intensidade da irradiação solar incidente e da temperatura na sua superfície. Para cada condição de irradiação e temperatura existe apenas um ponto no qual é entregue a máxima potência. omo estes parâmetros ambientais variam constantemente, a energia fornecida à carga nem sempre é a energia máxima que poderia ser transferida. Visando à obtenção da máxima potência produzida, independentemente das condições ambientais em que os módulos estão expostos, são implementadas técnicas de controle denominadas de Rastreamento do Ponto de Máxima Potência (MPPT, do inglês Maximium Power Point Tracking). Uma vez associadas aos conversores em sistemas fotovoltaicos, essas técnicas são capazes de monitorar continuamente a potência fornecida pelo módulo e garantir que a máxima potência gerada seja entregue à carga. Assim sendo, esse trabalho tem como objetivo a implementação de um conversor eletrônico para máxima transferência de potência em um sistema fotovoltaico visando ao aumento da eficiência global do sistema e, consequentemente, um melhor aproveitamento da energia gerada diante das variações na irradiação solar e temperatura.

3 . METODOLOGIA Primeiramente, para a pesquisa, foram revisados, bibliograficamente, os fundamentos de energia fotovoltaica, a geração da energia nas células solares, o modelo elétrico equivalente do painel fotovoltaico, os diferentes métodos de MPPT e os tipos e funcionamento de conversores /. Em seguida, foi definida a arquitetura do sistema fotovoltaico a ser implementado. Neste caso, optou-se por um sistema isolado. A arquitetura proposta pode ser dividida em cinco blocos distintos: 1) Painel fotovoltaico de W; ) onversor estático de potência / ; 3) Módulos, sensores e circuitos auxiliares; 4) Sistema de controle dotado de algoritmo MPPT (microcontrolador); ) Unidade de carga (bateria/carga). A Figura 1 apresenta o diagrama em blocos do sistema proposto. Figura 1. Diagrama em blocos do sistema MPPT 6 om relação ao conversor /, optou-se por um do tipo buck síncrono. Sensores de tensão do tipo divisor resistivo e sensores de corrente por efeito hall foram utilizados para mensurar as tensões e correntes tanto na saída do modulo fotovoltaico quanto na bateria/carga. om relação ao controle e gerenciamento do sistema, foi utilizado um Arduino Nano V3.. Uma chave estática do tipo

4 MOSFET, controlada pelo microcontrolador, foi adicionada entre o conversor e a carga do usuário, permitindo a conexão/desconexão de ambos, assim como o gerenciamento da descarga da bateria, fazendo as intervenções necessárias para preservar a vida útil da mesma. Para aquisição de dados, supervisão e controle de forma automática e/ou remota, foram adicionados ao circuito um modulo wireless e um modulo-relógio em tempo real. Um display LD e teclas de navegação foram incorporados ao sistema, permitindo uma interface amigável com o usuário. Após definida e implementada a arquitetura de hardware do sistema, o próximo passo foi o desenvolvimento dos algoritmos de controle utilizados no projeto. Dentre as várias rotinas desenvolvidas, destaca-se o algoritmo de Rastreamento do Ponto de Máxima Potência, denominado Perturbe e Observe (P&O). A partir dos valores da potência e tensão na saída do modulo fotovoltaico, o algoritmo P&O tende a atuar no ciclo de trabalho do conversor, fazendo que o ponto de operação do módulo fotovoltaico mova na direção em que a potência aumenta. Esta técnica permite compensar os efeitos das variáveis não controláveis do ambiente (temperatura e irradiância) garantindo a máxima transferência de potência. 3. DISUSSÃO E RESULTADOS 7 om o intuito de simular e estudar o comportamento do módulo fotovoltaico, foram traçadas as curvas características de potência em função da tensão (curva PxV) para diferentes valores de irradiação solar e temperatura. A simulação foi realizada em ambiente MATLAB/Simulink. A Figura a mostra as curvas características PxV para o módulo fotovoltaico a uma temperatura fixa de, variando-se a intensidade de irradiação. A Figura b mostra as curvas características PxV para o módulo fotovoltaico a uma irradiação fixa de 1 W/m, variando-se a intensidade da temperatura.

5 Figura. a) aracterísticas de Potência para diferentes irradiância. b) aracterísticas de Potência para diferentes temperaturas élula a 4 4 W/m 6 W/m 8 W/m 1 W/m o o o MPP MPP Potência [W] Potência [W] Irradiação: AM 1., 1kW/m Tensão [V] 1 Tensão [V] Uma vez definidos e testados os elementos do sistema, seu protótipo foi confeccionado em placa de circuito impresso. O layout do circuito assim como a placa desenvolvida pode ser vista na Figura 3. Figura 3. a) Layout do circuito. b) Placa desenvolvida 4. ONLUSÃO 8 Através das análises e resultados obtidos, conclui-se que o método MPPT usados - P&O - apresentou resultados satisfatórios de acordo com suas características próprias. A eficiência do sistema aumentou de forma considerável, diminuindo o desperdício. Logo, é nítida a necessidade da implantação de técnicas para maximizar a eficiência dos sistemas fotovoltaicos, acarretando o aumento da produção de energia elétrica.

6 . REFERÊNIAS BIBLIOGRÁFIAS EPEL/RESESB. Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos. Rio de Janeiro, GXASHEKA, A. R., VAN DIK, E. E., & MEYER, E. (). Evoluation of performance paraments of PV modules deploved outdoors. Amsterdan, Netherlands: NOTAS 1 Estudante do curso Técnico em Eletrotécnica, entro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, urvelo, MG, Brasil. jvgfranca@yahoo.com.br Estudante do curso Técnico em Eletrotécnica, entro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, urvelo, MG, Brasil. palomaazevedocosta@gmail.com 3 Engenheiro Eletrônico e de Telecomunicações, Mestre em Engenharia Elétrica, Professor do Ensino Básico, Técnico e Tecnológico do Departamento de Eletroeletrônica do entro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, urvelo, MG, Brasil. bruno@curvelo.cefetmg.br 4 Engenheiro Eletricista, Mestre em Engenharia Elétrica, Professor do Ensino Básico, Técnico e Tecnológico do departamento de Eletroeletrônica do entro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, urvelo, MG, Brasil. prof.epramos@gmail.com AGRADEIMENTOS 9 Programa Institucional de Bolsas de Iniciação ientífica Júnior PIBI-Jr/ FAPEMIG / NPq / EFET-MG.