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O software PSIM® _{é utilizado devido aos seus recursos e funcionalidades voltados à Eletrônica} de Potência. Cita-se como diferencial sua plataforma específica para simulação de módulos fotovoltaicos a partir da ferramenta Solar Module além de, em caráter prático, auxiliar na configuração do microprocessador TMS320F28335 através de uma interface simples e funcional. A Figura 51 apresenta a tela de trabalho contendo o circuito de potência do sistema fotovoltaico completo, enquanto a Figura 52 e a Figura 53 retratam, respectivamente, o circuito de controle para a técnica proposta e o circuito de controle das técnicas clássicas. O projeto de todos os elementos do circuito de potência e controle está presente no Apêndice A.

Figura 51 – Área de trabalho do PSIM® _{contendo o circuito de potência do sistema fotovoltaico dual-stage conectado à rede elétrica.}

Figura 52 – Área de trabalho do PSIM® _{contendo o esquema de controle da técnica de extração de máxima potência proposta.}

Figura 53 – Área de trabalho do PSIM® _{contendo o esquema de controle das técnicas de MPPT P&O e Cond. Inc..}

4.2.1 – Aspectos relativos à Rede Elétrica

A injeção de potência é realizada no sistema de distribuição de baixa tensão com tensão eficaz de 220 V e frequência de 60 Hz. De modo prático, a forma de onda da tensão da rede elétrica não é puramente senoidal, contendo, dentre outros parâmetros de qualidade da energia, imperfeições harmônicas. Portanto, a fim de aproximar o modelo computacional elaborado daquele presente de fato na prática, realizou-se o levantamento do espectro de frequência da tensão no ponto de conexão com a rede elétrica, sendo os dados obtidos retratados na Figura 54.

Figura 54 – Análise de DHT da tensão da rede elétrica no laboratório de pesquisa: a) forma de onda de tensão obtida; Dados de amplitude e fase das frequências: b) fundamental; c) 3º Harmônico; d) 5º Harmônico; e) 7º Harmônico; f) 9º Harmônico;

g) 11º Harmônico e h) 13º Harmônico.

a) b) c)

d) e) f)

g) h)

Concentrou-se a análise nas ordens harmônicas 3ª, 5ª, 7ª, 9ª, 11ª e 13ª, visto que estas mostraram-se detentoras das maiores amplitudes de tensão. De acordo com a Figura 54 (b), o índice de DHT ficou em 1,83%, sendo a 5ª harmônica a mais presente com 1,45% (3,25 V) (Figura 54 (d)). Todas as amplitudes e desvios de fase obtidas foram inseridas na simulação conforme indicado na parte inferior da Figura 51.

4.2.2 – Aspectos relativos à fileira de módulos fotovoltaicos

A fileira fotovoltaica, presente na entrada do sistema, constitui-se de 9 módulos Kyocera KD135SX-UPU conectados em série totalizando 1215 Wp nas CPT. O resumo dos parâmetros nominais desta conexão e seus dados obtidos via simulação por meio da ferramenta Solar Module do PSIM® estão presentes na Tabela 3, que, por conveniência, foi repetida na Tabela 5 a seguir. Por fim, a Tabela 6 traz os dados de tensão de máxima potência (VMP) e potência máxima (PMP) para diversas combinações de irradiância e temperatura das células que serão utilizadas como parâmetros ambientais das simulações presentes ao longo deste capítulo.

Tabela 5 – Reprodução da Tabela 3: Comparação dos dados obtidos na modelagem computacional da fileira fotovoltaica com a respectiva folha de dados do fabricante para operação nas CPT.

Origem dos dados VMP [V] IMP [A] VOC [V] ICC [A] PMAX [W] Kyocera

(KYOCERA, 2012) 159,3 7,63 198,9 8,37 1215 Modelagem

Computacional 154,9 7,85 198,9 8,37 1216

Fonte: Dados do próprio autor.

Tabela 6 – Dados de tensão e potência no ponto ótimo de operação da fileira fotovoltaica para situações ambientais diversas de temperatura das células e irradiância solar.

Irradiância Grandeza Temperatura [ºC]

25 40 55 70 400 W/m2 VMP [V] 157,41 149,14 140,92 132,75 PMP [W] 497,39 478,65 458,82 437,94 600 W/m2 VMP [V] 157,39 149,27 141,20 133,18 PMP [W] 744,90 712,26 678,62 644,04 800 W/m2 VMP [V] 156,40 148,42 140,49 132,62 PMP [W] 985,02 938,78 81,63 843,66 1000 W/m2 VMP [V] 154,90 147,05 139,26 131,53 PMP [W] 1216,00 1157,00 1096,70 1035,64 Fonte: Dados do próprio autor.

4.2.3 – Aspectos relacionados à configuração e simulação do sistema

A tensão inicial dos capacitores presentes no circuito foi determinada de acordo com a tensão de circuito aberto da fileira fotovoltaica (VOC). Os indutores, por sua vez, iniciam sem nenhuma energia armazenada em seu campo magnético.

No caso da simulação da técnica proposta, a razão cíclica de chaveamento do conversor CC – CC foi escolhida fixa em 0,65, uma vez que este valor atende ao requisito de elevação de tensão para um nível adequado de injeção mesmo quando a fileira fotovoltaica opera com temperatura elevada em suas células (aproximadamente 70ºC na região de Uberlândia-MG), quando a tensão ideal de operação aproxima-se de 132 V na fileira fotovoltaica (correspondendo à, aproximadamente, 377 V no elo CC e, portanto, acima da tensão de pico da rede elétrica).

A frequência de aquisição dos sinais de tensão e corrente, por sua vez, foi definida em 20 kHz que, em termos práticos, atende aos requisitos de reconstituição dos sinais, estando ainda disponível em diversos microprocessadores no mercado.

A frequência das perturbações em todas as técnicas de MPPT se dá em 2 Hz conforme comentado nos capítulos anteriores. No caso das técnicas clássicas, o passo da perturbação é de 1 V. Já para técnica proposta, a variação de Tolerância adotada é de 0,5 mA com passo de incremento de corrente de 250 mA e decremento de 400 mA, sendo que estes valores mostraram boa resposta transitória com elevado FR em regime permanente.

Para fins de sincronismo com a rede elétrica, o efeito do PLL foi obtido por meio de uma fonte de tensão puramente senoidal com 1 V de pico, 60 Hz e em fase com a tensão da rede (VR). A implementação computacional do circuito do PLL incrementa tanto o tempo de simulação quanto a necessidade de armazenamento de dados do programa, aumentando desnecessariamente o peso computacional da simulação.

No que tange aos compensadores de tensão e corrente utilizados no controle do sistema, são exatamente aqueles projetados no Apêndice A, se apresentando em sua forma discretizada, o que traz resultados teóricos mais fidedignos aos observados na prática.

A respeito da estratégia utilizada na obtenção dos resultados, esta passa pela análise do FR em regime permanente para diversas situações operacionais da fileira fotovoltaica. Os resultados são ainda avaliados sob o aspecto de sua resposta transitória diante de intermitências de temperatura e irradiância.

A fim de verificar o comportamento das técnicas em regime permanente, diversas simulações foram realizadas com índices de irradiância começando desde 400 W/m2 _{e chegando até 1000 W/m}2 com passos de 200 W/m2_{. Para cada nível de irradiância, a temperatura das células foi alterada desde}

25ºC até 70ºC em passos de 15ºC. Deste modo, ampla faixa de operação diária com diversas combinações das condições ambientais foi alcançada pela simulação computacional.

4.3 Análise da resposta da técnica proposta