Den tidlige fasen .1 EUs inntreden i Arktis

Os módulos fotovoltaicos são dispositivos caros. Além disso, como as tecnologias disponíveis comercialmente apresentam um rendimento de conversão baixo, os módulos são relativamente grandes e pesados. Assim, qualquer sobredimensionamento representa desperdícios signicativos de dinheiro e espaço.

Bateria Módulo Fotovoltaico Carga S1 S2 Controlador de Carga

(a) Controlador do tipo série.

Bateria Módulo Fotovoltaico Carga S1 S2 Controlador de Carga

(b) Controlador do tipo paralelo

Figura 60: Diagrama básico dos controladores de carga usados em sistemas fotovoltaicos simples. Nas curvas mostradas nas guras 54 e 55, ca evidente a variação do ponto de potência máxima devido a condições climáticas, estações do ano e horário do dia, já que tudo isso inui tanto na iluminação do módulo quanto na sua temperatura de trabalho. Logo, é impossível a denição a priori de um ponto de operação que maximize a potência fornecida para todas as situações.

Entretanto, os produtos comerciais conhecidos comocontroladores de carga, empregados em sistemas fotovoltaicos para carregar baterias armazenadoras de energia, não levam isso em conta. Eles constituem-se basicamente de uma chave S1 colocada entre os módulos e as baterias, que

desconecta-os quando a tensão na bateria ultrapassa um certo limiar de tensão, relacionado ao nível máximo de carregamento, como mostrado na gura 60. Eles apresentam também uma segunda chave, S2, que desconecta a carga quando a tensão da bateria cai abaixo de outro limiar,

limitando a profundidade de descarga. Na gura 61, mostra-se a faixa de operação do módulo nesse tipo de sistema, considerando-se que ele tenha as curvas características da gura 55 e que o banco de baterias seja composto de duas baterias de chumbo-ácido12V em série. Nota-se que, quando as baterias estão descarregadas, a tensão do banco é de21V e o módulo opera a 65W. Entretanto, poderia-se obter 35% a mais, se a temperatura fosse 45◦_{C, ou 49% a mais, se a}

temperatura fosse 25◦_{C, operando nos pontos de potência máxima, que valem88W e 97W para}

esses casos, respectivamente. Evidentemente, esse mal aproveitamento da capacidade de geração do módulo implica sobredimensionamento.

Tendo isso em vista, é proposto na literatura o uso de um conversor CC/CC ligado entre os módulos e as baterias com o objetivo de seguir o ponto de potência máxima e que é chamado de maximum power point tracker ou MPPT. Nos últimos anos, vários métodos de controle para o MPPT foram estudados.

Um primeiro grupo de métodos pode ser caracterizado como aqueles que necessitam do conhecimento prévio das curvas características dos módulos, de modo a se determinar o ponto de potência máxima em malha aberta, ou seja, sem a medição da potência em tempo real. Em (28) e (29), parte-se dos modelos dos módulos para se derivar uma lei de controle que faça com

Faixa de operação V (v) P (W) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 25°C 45°C 65°C

Figura 61: Faixa de operação do controlador de carga para um módulo com as características mostradas na gura 55 e um banco de 2 baterias de chumbo-ácido 12V em série (densidade de potência incidente igual a 1000W/m2_).

que o ponto de operação esteja sempre sobre uma reta na curva I × V que ligue os pontos de potência máxima. Ambos levam em conta apenas a variação das curvas em função da densidade de potência incidente. Já em (30), arma-se que há uma razão constante entre a corrente (tensão) no ponto de potência máxima e a corrente de curto-circuito (tensão de circuito-aberto) igual a 0, 86(0, 71). Assim, apenas faz-se necessário curto-circuitar (abrir) o módulo regularmente para se determinar uma nova referência para o controlador de corrente (tensão). Em (31) também é apresentada a mesma estratégia, mas arma-se que a razão entre a tensão no ponto de potência máxima e a de curto-circuito é de 0, 76. Esse conjunto de métodos tem implementação simples, mas não garante que o ponto de operação esteja realmente sobre o ponto de potência máxima.

Um segundo conjunto é conhecido como técnicas de perturb and observe ou P&O. Perio- dicamente, perturba-se (incrementando ou decrementando) a tensão terminal dos módulos e observa-se a nova potência de saída: se ela aumentou, então a perturbação continuará na mesma direção no próximo ciclo; caso contrário, ela se dará no outro sentido (12). Quando se atinge o ponto de potência máxima, o algoritmo oscila em torno dele. Existe uma relação de com- promisso entre a rapidez de convergência e a magnitude dessa oscilação ao se escolher o passo de incremento. Em (32) é apresentado um algoritmo para acelerar a convergência em que uma variável intermediária de controle é usada enquanto se está longe do ponto de potência máxima. Quando o ponto de operação se aproxima dele, usa-se o método deP&O convencional ou algum outro. Em (33), propõe-se o uso do ripple inerente aos conversores CC/CC como perturbação. A correlação dos sinais de corrente e tensão dentro de um período de chaveamento é usada como in-

dicativo do sinal da derivada da potência. No entanto, medir oripple pode ser de implementação relativamente difícil. Já em (34) e em (35), parte-se de uma abordagem de sistemas dinâmicos não-lineares para se criar um atrator global no ponto de potência máxima, criando-se uma lei de controle muito semelhante aos outros métodos de P&O.

Há ainda o método conhecido como condutância incremental, inicialmente proposto por (12). Ele se baseia no cálculo da derivada da potência em relação à tensão

dP dV = d(IV ) dV = I + V dI dV (3.9)

Das curvas das guras 55(a) e 55(b) nota-se quedP/dV > 0 quando se está à esquerda do ponto de potência máxima, dP/dV < 0 quando se está à direita, e dP/dV = 0 quando se está sobre ele. Logo, o algoritmo simplesmente compara a condutância incrementaldI/dV com a condutância instantânea I/V para decidir a direção em que se deve mover o ponto de operação. A diferença entre o P&O e esse método é sutil: o primeiro usa apenas a informação de∆P . Isso faz com que o P&O não consiga relacionar a mudança na potência a mudanças atmosféricas; ele considera que elas são resultado apenas da perturbação na tensão terminal. Quando ocorrem mudanças rápidas na iluminação do módulo, o P&O pode seguir na direção errada e demorar a convergir. O método da condutância incremental resolve esse problema, corrigindo o ponto de operação em função da sua posição relativa ao ponto de potência máxima (12).

Finalmente, em (36) e (37) propõe-se o uso de conversores CC/CC operando em condução descontínua. Através da modulação da freqüência de chaveamento, pode-se determinar a posição do ponto de potência máxima.

Tendo isso em vista, será projetado um conversor CC/CC que será controlado de forma a se extrair o máximo de potência dos módulos fotovoltaicos, mas respeitando a curva de recarga apresentada na gura 59.