Comercial
Para simulação em regime permanente do MIC com controle MPPT FeedForward conectado à rede elétrica comercial, o circuito de simulação da Figura 6.26 é utilizado. O circuito de controle utiliza as constantes da Tabela A. 4, considerando o diagrama de blocos da Figura 5.1.
Figura 6.26 – Modelo de simulação no PSIM® do sistema MIC completo.
Os principais pontos de operação, apresentados na Tabela A. 5, são reapresentados na Tabela A. 7, relacionando estes pontos com a tensão E na entrada do conversor e a razão cíclica máxima necessária para obtenção da máxima potência.
Tabela A. 7 – Razão cíclica máxima, tensão e corrente de entrada para os principais pontos de operação dos módulos fotovoltaicos.
Ponto de operação Vmpp [V] Impp [A] E [V] FE [V] Dmax
Ψmax (STC) 17,00 2,95 32,60 8,00 0,80
Ψmin 16,19 0,89 30,98 4,50 0,45
60°C 14,59 2,95 27,78 8,70 0,87
subitamente a insolação cai para 300 W/m² (Ψmin) sem que haja variação na temperatura.
Para isso, o circuito de simulação da Figura 6.26, inicialmente, possui o modelo elétrico do arranjo fotovoltaico da Figura 6.8 (a). No tempo 0,35 s, o modelo elétrico do arranjo fotovoltaico é substituído pelo da Figura 6.8 (b).
Na Figura 6.27 pode se notar que a tensão E na entrada do conversor inicialmente possui um valor de aproximadamente 32,60 V, e uma corrente de aproximadamente 2,95 A, estando de acordo com a Tabela A. 7, devido ao fator de escala FE (proporcional a dez vezes a razão cíclica máxima Dmax_STC) estar próximo a 8 V. Com a redução da insolação, a tensão E e a corrente IE na
entrada do conversor são alterados pelo controle para um valor de aproximadamente 30,98 V e 0,89 A, de acordo com a Tabela A. 7, devido ao fator de escala FE (proporcional a dez vezes a razão cíclica máxima Dmax_Ψmin) estar próximo a seu valor teórico, expresso na referida tabela,
que é de 4,5 V.
Em ambos os casos, o arranjo fotovoltaico está operando muito próximo de seu ponto de máxima potência, comprovando que a compensação da insolação é realizada com sucesso.
Figura 6.27 – Resultado de simulação para alteração na insolação de ΨΨΨΨmax para ΨΨΨΨmin.
Para verificação da dinâmica do controle FeedForward para variação na temperatura nos painéis fotovoltaicos, será considerado que os painéis solares estão submetidos à temperatura de 25°C e insolação de 1000 W/m² quando, durante 0,20 s, a temperatura sobe para 60°C sem que haja variação na insolação.
Para isso, o circuito de simulação da Figura 6.26, inicialmente, possui o modelo elétrico do arranjo fotovoltaico da Figura 6.8 (a). No tempo 0,35 s, o modelo elétrico do arranjo fotovoltaico é substituído pelo da Figura 6.8 (c).
Na Figura 6.28 pode se notar que a tensão E na entrada do conversor, inicialmente, possui um valor de aproximadamente 32,60 V e uma corrente de aproximadamente 2,95 A, estando de acordo com a Tabela A. 7, devido ao fator de escala FE (proporcional a dez vezes a razão cíclica máxima Dmax_STC) estar próximo a 8 V. Com o aumento da temperatura, a tensão E e a corrente IE
na entrada do conversor são alteradas pelo controle para um valor de aproximadamente 27,78 V e 2,95 A, de acordo com a Tabela A. 7, devido ao fator de escala FE (proporcional a dez vezes a
máxima potência, comprovando que a compensação da temperatura é realizada com sucesso.
Figura 6.28 - Resultado de simulação para alteração na temperatura de 25°C para 60°C.
Para verificação da dinâmica do controle FeedForward para variação na tensão eficaz da rede elétrica, será considerado que os painéis solares estão submetidos à temperatura de 25°C e insolação de 1000 W/m². Para isso, o circuito de simulação da Figura 6.26 possui o modelo elétrico do arranjo fotovoltaico da Figura 6.8 (a). No tempo 0,35 s, a tensão de pico da rede elétrica é reduzida a seu menor valor possível, 164 V. Na Figura 6.29 pode se notar que a tensão E na entrada do conversor possui um valor de aproximadamente 32,60 V, e uma corrente de aproximadamente 2,95 A, de acordo com a Tabela A. 7, devido ao fator de escala FE (proporcional a dez vezes a razão cíclica máxima Dmax_STC) estar próximo a 8 V. Tanto a tensão
variação na tensão eficaz da rede elétrica, fazendo com que o arranjo fotovoltaico continue no seu ponto de máxima potência, mesmo com a alteração no fator de escala FE.
Figura 6.29 – Resultado de simulação para alteração da tensão de pico da rede elétrica comercial de 180 V para 164 V.
A Figura 6.30 é uma ampliação da Figura 6.29. Visualiza-se em maiores detalhes a tensão Vrede e a corrente injetada na mesma Irede, com a multiplicação entre ambas representando a
potência instantânea entregue à rede elétrica comercial. Percebe-se que após 0,15 s do distúrbio, o conversor continua entregando praticamente a mesma potência à rede elétrica comercial, comprovando a eficácia da compensação de variações na tensão eficaz da rede elétrica.
Figura 6.30 - Resultado de simulação detalhado para alteração da tensão de pico da rede elétrica comercial de 180 V para 164 V.
6.6 CONCLUSÃO
Neste capítulo foram apresentados os projetos do conversor CC-CC Zeta e do controle MPPT FeedForward proposto no Capítulo 6.
Para verificação do funcionamento do conversor Zeta, inicialmente realizou-se um estudo considerando o mesmo conectado à uma carga resistiva. Nota-se que em uma situação real, o conversor apresenta uma dinâmica parecida com uma “quantização” digital. Sua corrente de saída, teoricamente, teria de variar linearmente com a razão cíclica, no entanto, essa variação acontece em degraus, toda vez que a razão cíclica aumenta de 4 % em 4 %. Contudo, para a freqüência e forma de onda utilizadas, esse efeito só é perceptível no pico da senóide retificada, produzindo uma forma de onda de corrente de boa qualidade.
O controle MPPT FeedForward mostrou ser bastante robusto e preciso, embora possua uma dinâmica um pouco lenta para variações na insolação e temperatura incidente no painel solar. Essa dinâmica é resultante basicamente dos filtros de 2ª ordem sintonizados em 12 Hz. No entanto, esse não é um fator limitante do controle, pois tais alterações não acontecem
instantaneamente. Para variações da tensão eficaz da rede elétrica comercial, o controle é capaz de manter a potência máxima sendo entregue à mesma, tanto antes quanto depois do distúrbio, fazendo com que o arranjo fotovoltaico se mantenha no ponto de máxima transferência de potência de forma independente do valor eficaz da rede elétrica comercial, desde que essa não falhe.
CAPÍTULO 7