Sistemas Fotovoltaicos

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Controlo de um Conversor CC/CC para Módulos
Fotovoltaicos
Francisco Falcão e Cunha
VERSÃO PROVISÓRIA
Dissertação realizada no âmbito do
Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Major Automação
Orientadores:
Prof. Dr. Armando Luís Sousa Araújo
Eng. Nuno Francisco Costa
2
Resumo
i
ii
Abstract
iii
Índice
RESUMO ....................................................................................................................... I
ABSTRACT ................................................................................................................... III
ÍNDICE ........................................................................................................................ IV
LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................... VI
ABRAVIATURAS E SÍMBOLOS ........................................................................................... VII
CAPÍTULO 1 .....................................................................................................................1
INTRODUÇÃO ................................................................................................................1
1.1 OBJECTIVOS DO TRABALHO ......................................................................................2
CAPÍTULO 2 .....................................................................................................................3
ESTADO DA ARTE ...........................................................................................................3
2.1 PAINÉIS FOTOVOLTAICOS .........................................................................................3
2.1.1
HISTÓRIA......................................................................................................... 3
2.1.2
MODELOS E CIRCUITOS EQUIVALENTES................................................................. 4
2.1.2.1 MODELOS COM UM E DOIS DÍODOS .................................................................. 4
2.1.2.2 MODELO DE UM DÍODO SEM RESISTÊNCIAS ....................................................... 5
2.2 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ......................................................................................5
2.3.1
SISTEMAS DE PAINÉIS FOTOVOLTAICOS LIGADOS À REDE ELÉCTRICA .......................... 6
2.3.2
SISTEMAS ISOLADOS/INDEPENDENTES DA REDE..................................................... 6
2.3 TOPOLOGIAS DE CONVERSÃO PARA LIGAÇÃO À REDE .......................................................6
2.3.1
SISTEMA DE INVERSOR CENTRAL: ........................................................................ 7
2.3.2
SISTEMA DE STRING COM INVERSOR: ................................................................... 8
2.3.3
SISTEMA MULTISTRING COM INVERSOR: ............................................................... 9
2.4 CONVERSORES DC-DC ............................................................................................9
2.4.1
CONVERSOR BUCK (STEP-DOWN) ..................................................................... 10
2.4.2
CONVERSOR BOOST (STEP-UP) ........................................................................ 10
2.4.3
CONVERSOR BUCK-BOOST (STEP-DOWN/STEP-UP) ............................................. 11
2.4.4
CONVERSOR DC-DC DE PONTE COMPLETA ......................................................... 11
2.5 CONTROLADORES TIPO MPPT ................................................................................ 12
iv
2.5.1
CONDUTÂNCIA INCREMENTAL .......................................................................... 13
2.5.2
PERTURBAÇÃO E OBSERVAÇÃO ......................................................................... 13
2.5.3
CARACTERÍSTICAS I-V LINEARIZADAS ................................................................. 14
2.5.4
CONTROLO MPPT BASEADO EM LÓGICA DIFUSA (FUZZY) ..................................... 15
2.5.5
CONTROLADOR MPPT BASEADO EM REDES NEURONAIS ...................................... 16
2.5.6
CONTROLO MPPT BASEADO NA TENSÃO DO CONDENSADOR DC........................... 16
CAPÍTULO 3 ................................................................................................................... 18
MODELOS ASSOCIADOS AOS SUBSISTEMAS ......................................................................... 18
CAPÍTULO 4 ................................................................................................................... 19
ALGORITMO DE CONTROLO ............................................................................................. 19
CAPÍTULO 5 ................................................................................................................... 20
SIMULAÇÃO E ANÁLISE .................................................................................................. 20
CAPÍTULO 6 ................................................................................................................... 21
CONCLUSÕES............................................................................................................... 21
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 22
v
Lista de Figuras
Figura 1 Modelo PV com um díodo. ......................................................................... 4
Figura 2 Modelo PV com dois díodos........................................................................ 4
Figura 3 Modelo PV de um díodo simplificado. ........................................................... 5
Figura 4 Sistema de inversor central. ...................................................................... 7
Figura 5 Sistema de string com inversor. .................................................................. 8
Figura 6 Sistema multistring com inversor. ............................................................... 9
Figura 7 Conversor DC-DC Buck ........................................................................... 10
Figura 8 Conversor DC-DC Boost........................................................................... 10
Figura 9 Conversor DC-DC Buck-Boost. ................................................................... 11
Figura 10 Conversor DC-DC de ponte completa. ....................................................... 12
Figura 11 Ponto de operação do método de MPPT de condutância incremental. ................ 13
Figura 12 Curva de potência de um PV. ................................................................. 14
Figura 13 Caracteristica I-V típica de um PV. .......................................................... 15
Figura 14 Implementação de controlo MPPT baseado em lógica difusa. ........................... 15
Figura 15 Implementação de control MPPT baseado em redes neuronais. ........................ 16
Figura 16 Implementação do controlo MPPT baseado na tensão do condensador DC. .......... 17
vi
Abraviaturas e Símbolos
AC – Alternated Current
CAD - computer-aided design
CC – Corrente contínua
DC – Direct Current
DSP - Digital Signal Processor
ip – Corrente do painel solar
iref – Corrente de referência
MPP – Max power point
MPPT – Max power point tracker
PSIM – Powersim
PV – Photovoltaic Cell
PPV – Potência do módulo fotovoltaico
PWM - Pulse-width modulation
Rp – Resistência em paralelo
Rs – Resistência em serie
vlink – Tensão da ligação DC
vii
viii
Capítulo 1
Introdução
Desde a descoberta do petróleo começaram a ser desenvolvidas técnicas de obtenção
de energia cada vez mais sofisticadas, mas sempre com base neste e noutros combustíveis
fósseis. Uma vez que um combustível deste tipo demora milhões de anos a regenerar-se
podemos considerá-lo como não renovável e, portanto, deveremos considerar uma possível
escassez. Além disto, a utilização destas energias tem um elevado impacto no ambiente
prejudicando todos. É importante melhorar o rendimento no uso destes combustíveis e
substitui-los, gradualmente, por energias renováveis como o sol, água, vento, etc. A
utilização de energias renováveis é uma opção cada vez mais viável.
Esta tese intitula-se “Controlo de um Conversor CC/CC para Módulos Fotovoltaicos”. O
principal objectivo deste estudo é o desenvolvimento e controlo de um conversor DC-DC que
obtenha a máxima potência de módulos fotovoltaicos para posterior injecção na rede através
de um inversor.
Este trabalho encontra-se dividido em capítulos, sendo que a cada capítulo
corresponde uma etapa da evolução da tese.
O presente capítulo é composto pela Introdução, onde se pretende expor os factores
que motivaram a escolha do tema para esta tese, bem como os seus objectivos e uma
descrição sumária do que é abordado ao longo dos restantes capítulos da tese.
O segundo capítulo contém o estado actual do conhecimento relativo aos temas
afectos a este estudo: painéis fotovoltaicos, sistemas fotovoltaicos, topologias de conversão
para ligação á rede, conversores DC-DC e controladores do tipo MPPT.
Do terceiro ao quinto capítulo (inclusive) apresentam-se os modelos associados aos
subsistemas, o algoritmo de controlo, e a simulação e análise. Todo o conteúdo destes três
capítulos é referente à parte experimental da tese.
O último capítulo engloba a conclusão, que relata os principais tópicos referidos no
desenvolvimento do estudo.
1
1.1 Objectivos do Trabalho
Este trabalho tem como principal objectivo o desenvolvimento de um sistema CC
constituído por painéis fotovoltaicos, conversor CC-CC e controlo de extracção de máxima
potência para posteriormente ligação à rede eléctrica por meio de um inversor.
Serão utilizados softwares de simulação tais como:
I.
2

PSIM ® - Desenho, simulação e implementação

MATLAB® - Ambiente de programação em linguagem de alto nível.
Estudo do estado da arte dos sistemas fotovoltaicos;
II.
Modelização matemática dos vários subsistemas da topologia seleccionada;
III.
Desenvolvimento de um algoritmo de controlo do conversor CC-CC;
IV.
Simulação e análise comparativa das topologias “Multistring” e Inversor central;
V.
Projecto baseado em CAD do sistema.
Capítulo 2
Estado da Arte
2.1 Painéis fotovoltaicos
A tecnologia fotovoltaica permite gerar corrente contínua a partir de semicondutores
quando estes são iluminados por fotões. As células solares não necessitam de recarga como
uma bateria. Estas, enquanto recebem energia solar, produzem energia eléctrica e assim que
a luz deixa de incidir na célula, a produção pára [1].
2.1.1 História
A história das células fotovoltaicas remota ao século XIX quando a primeira, de 30cm2
de área, foi intencionalmente produzida por Fritts [1, 2] ao derreter Selénio (Se) numa folha
fina num substrato de metal pressionando, posteriormente, uma película de ouro como
contacto superior. Embora a época moderna, nesta matéria, tenha começado em 1954 com a
descoberta da tensão que os díodos de junção pn [3, 4] libertavam quando se lhes incidia luz,
foi nos anos 80 que a indústria começou a amadurecer devido ao foco na produção e custos.
Novas tecnologias começaram a surgir a partir do Governo, Universidades e laboratórios
industriais. A companhia britânica BP Solar adquiriu patentes de electrodeposição de finas
camadas de células solares CdTe [5] em 1989 e também da Universidade de New South Wales
(Australia) de modo a fabricar as células Laser-Grooved Buried-Grid (LGBG), que se tornaram
as células de silicone mais eficientes em fabrico. Em 1999, a BP Solar possuía as três opções
de tecnologia: tecnologia de silício, camadas finas e concentrados (em Novembro de 2002
esta empresa encerrou as duas fábricas de camadas finas que possuía para se concentrar na
produção de painéis fotovoltaicos com a tecnologia de silício [1]). Entretanto, o Japão [6]
incentivou a investigação em tecnologias inovadoras, aumentando, assim, o seu domínio no
mercado.
Devido a problemas de custos, a “salvação” das empresas foi vender células PV a
pequenos consumidores, para aplicações de pequena escala, o que lhes potenciava pequenos
lucros enquanto continuavam as suas pesquisas em módulos [1].
O maior interesse continuou na Europa e no Japão [6] devido, principalmente, ao
apoio governamental. Ainda nos anos 90, um importante desenvolvimento foi a construção de
PV’s integrados, onde as células PV são incorporadas num produto standard de um edifício,
3
como por exemplo uma janela, diminuindo, assim, o custo do PV [7, 8]. Condições de
pagamento de PV’s (empréstimos) e ganho monetário em troca de energia privada para a
pública, é um dos métodos mais populares para aumentar a venda de PV’s.
2.1.2 Modelos e circuitos equivalentes
2.1.2.1 Modelos com um e dois díodos
Um PV pode ser expresso por um circuito equivalente, como demonstrado na Figura 1.
Neste modelo de um díodo, os parâmetros principais são a tensão de circuito aberto e a
corrente de curto-circuito. A corrente de curto-circuito depende da insolação enquanto a
tensão de circuito aberto depende do material e da temperatura [9, 10].
Figura 1 Modelo PV com um díodo.
Este modelo de um díodo é o mais utilizado, pois representa suficientemente bem as
características de um PV e o seu dinamismo [9]. Contudo, existe um modelo mais completo,
modelo de dois díodos, que é menos usado devido à sua complexidade. Este modelo,
representado na Figura 2, representa de uma forma mais realista o PV [11].
Figura 2 Modelo PV com dois díodos.
4
2.1.2.2 Modelo de um díodo sem resistências
Para simplificar, as resistências podem ser retiradas do modelo. A resistência R p é
grande o suficiente para se poder considerar um circuito aberto e R s é suficientemente
pequena para se considerar um curto-circuito. Desta forma, obtemos o modelo da Figura 3,
uma modelo mais simples que os anteriores. Neste modelo é negligenciado o facto de a
insolação causar diferenças de temperatura, uma vez que este efeito é muito lento [9, 12].
Figura 3 Modelo PV de um díodo simplificado.
2.2
Sistemas Fotovoltaicos
Toda a economia mundial depende drasticamente da energia. Deste modo, o uso de
petróleo, gás natural e carvão, principais fontes de energia, tem aumentado todos os anos
[13].
Com o problema do aumento do consumo de energia eléctrica e com a dependência
cada vez maior da utilização de combustíveis fosseis, a comunidade internacional tem
procurado alternativas menos ofensivas para o ambiente e, por outro lado, inesgotáveis [14].
A melhor forma de obter energia eléctrica, sem prejudicar o ambiente e sem a
preocupação de reservas naturais, é a utilização de energias renováveis. Estas existem em
qualquer parte do planeta em abundância, são sustentáveis e o seu uso não destrói o
ambiente de qualquer forma. [15]
O aumento na procura de energias renováveis fez com que várias comunidades
científicas investissem para que a energia fotovoltaica se tornasse economicamente viável e
para que o rendimento dos painéis fotovoltaicos seja cada vez maior bem como todos os
sistemas a eles ligados [16].
O custos associados ao uso da energia solar são baixos uma vez que, adquirido o
sistema de conversão de energia, serão apenas necessárias pequenas manutenções.
O motivo pelo qual não é ainda muito usual este tipo de sistemas reside no facto de
os módulos fotovoltaicos serem caros [17] e a sua eficiência não ultrapassar, normalmente, os
15% [18].
5
Os sistemas fotovoltaicos mais usuais são [9, 19]:

Sistemas ligados à rede

Sistemas isolados/independentes da rede
2.3.1 Sistemas de painéis fotovoltaicos ligados à rede eléctrica
Nestes sistemas, os painéis fotovoltaicos são ligados à rede por meio de um inversor e
não é necessário armazenamento de energia uma vez que toda a electricidade produzida
durante o dia é consumida. Quando falamos de sistemas ligados à rede, podemos falar de
sistemas descentralizados ou centralizados. A diferença reside principalmente na potência
gerada. O primeiro sistema é normalmente utilizado em habitações domésticas e, por isso, de
potência inferior uma vez que são mais pequenos, servindo para alimentar a casa e, quando a
energia não for toda consumida, injectar potência na rede. O segundo é mais utilizado, por
exemplo para centrais fotoeléctricas, em que a potência pode ir dos kilowatts até aos
megawatts e pode ser injectada directamente na rede de média e alta tensão, sempre por
meio de um inversor.
2.3.2 Sistemas isolados/independentes da rede
Muitas vezes é mais vantajoso usar sistemas fotovoltaicos para alimentar cargas do
que fazer uma ligação à rede eléctrica. São sistemas autónomos e auto-suficientes.
O armazenamento de energia é necessário uma vez que, em caso de não haver luz
solar, a carga necessita de ser alimentada constantemente.
2.3 Topologias de conversão para ligação à rede
A electrónica de potência é a base da conversão de energia eléctrica e tem sido alvo
de constante evolução ao longo dos últimos anos. O objectivo é aumentar a eficiência e
reduzir os custos de utilizar energias renováveis para fornecimento de electricidade. Existem
três classificações para topologias de ligação à rede baseadas na utilização do inversor [9,
20]:
6

Sistema de inversor central (centralized inverter system [21])

Sistema de string com inversor (string inverter system [22])

Sistema de multistring com inversor (multistring inverter system [23])
2.3.1 Sistema de inversor central:
Figura 4 Sistema de inversor central.
Neste sistema, os módulos fotovoltaicos estão ligados em série e em paralelo de
forma a obter-se a potência desejada. É usado apenas um inversor no barramento DC pelo
que todo o equipamento de controlo está situado neste mesmo módulo. As perdas de energia
são maiores que num sistema de string uma vez que não é possível controlar o ponto de
potência máxima de cada módulo em separado. Vários factores podem influenciar o
rendimento do sistema como, por exemplo, sombras, pó, folhas, etc. O baixo rendimento de
um módulo prejudica todos os outros. Pode não ser necessário o uso de um boost uma vez que
os módulos em série podem fornecer a tensão necessária [9, 21].
7
2.3.2 Sistema de string com inversor:
Figura 5 Sistema de string com inversor.
No sistema de strings, um inversor é ligado a cada string de módulos fotovoltaicos que
podem estar ligados em série e paralelo. Se a tensão fornecida pelos painéis em série for
suficiente, não é necessário o uso de um boost, caso contrário é possível aplicar um conversor
DC-DC do lado do de corrente contínua, para aumentar a tensão ou então um transformador
de alta frequência. É ainda possível implementar um controlador MPPT em cada string para
aumentar o seu rendimento. Controlar separadamente cada string permite que o baixo
rendimento de uma destas não prejudique o sistema todo [9, 22].
8
2.3.3 Sistema multistring com inversor:
Figura 6 Sistema multistring com inversor.
No sistema de multistring, há um inversor DC-AC comum a que estão ligados os vários
conversores DC-DC integrados em cada string do sistema. A vantagem em relação ao sistema
referido anteriormente é poder ligar e desligar módulos separadamente de modo a ser obtida
a potência desejada no momento, ou seja, a potência requerida pelo inversor. As perdas no
inversor são semelhantes às do sistema anterior. É possível optimizar separadamente cada
módulo, controlo do ponto de potência máxima, com o conversor DC-DC individual levando a
uma maior eficiência de todo o sistema [9, 23].
2.4 Conversores DC-DC
Os conversores DC-DC são largamente usados para regular uma tensão contínua de
uma fonte irregular como, por exemplo, um painel fotovoltaico em que a tensão depende da
temperatura e insolação captada. Estes conversores pegam na tensão de entrada e
convertem-na para um nível desejado. Dependendo da aplicação, podem ser usados
conversores com isolamento por transformador ou não isolados. Uma vez que para isolar um
conversor é necessário apenas adicionar o transformador, apenas se falará dos não isolados.
9
Serão apresentados os seguintes conversores DC-DC [24-26]:

Conversor Buck (Step-Down) [27]

Conversor Boost (Step-up) [28]

Conversor Buck-Boost (Step-down/Step-up) [29]

Conversor de ponte complete (Full-bridge) [30]
2.4.1 Conversor Buck (Step-Down)
O conversor buck é normalmente usado para fontes de tensão reguladas e para
regular a velocidade de motores. O valor da tensão na saída é sempre igual ou inferior ao da
entrada, sendo este regulado pelo duty cycle do sinal PWM aplicado ao interruptor.
Figura 7 Conversor DC-DC Buck
Quando o interruptor está a conduzir, o díodo fica inversamente polarizado e a
entrada fornece energia à carga assim como à bobine. Quando o interruptor está aberto, a
energia acumulada na bobine flui pelo díodo e ao mesmo tempo alimenta a carga.
2.4.2 Conversor Boost (Step-Up)
O conversor boost é maioritariamente usado em fontes de tensão reguladas DC e em
sistemas regeneração de energia na travagem de motores. Como o próprio nome indica, StepUp (subidor), este conversor tem uma tensão de saída sempre superior à tensão de entrada.
Figura 8 Conversor DC-DC Boost
10
Quando o interruptor está a conduzir, o díodo está inversamente polarizado isolando,
assim, a saída. A entrada fornece energia à bobine. Quando o interruptor está aberto, a saída
recebe a energia da bobine assim como da entrada.
2.4.3 Conversor Buck-Boost (Step-down/Step-up)
A tensão de saída destes conversores pode ser igual, maior ou menor que na entrada.
É usado em fontes de tensão DC reguladas em que pode ser desejada uma polaridade negativa
em relação ao terminal comum da tensão de entrada. Este tipo de conversor pode ser obtido
juntando em cascata os dois conversores básicos: buck e boost. Estes dois conversores podem
ser combinados em apenas um: um conversor buck-boost como apresentado na Figura 9. Com
o interruptor em condução, a entrada fornece energia à bobine e o díodo encontra-se
inversamente polarizado. Com o interruptor aberto e energia armazenada na bobine é
passada para a carga. Durante este intervalo a entrada não fornece energia à carga.
Figura 9 Conversor DC-DC Buck-Boost.
2.4.4 Conversor DC-DC de ponte completa
Os conversores de ponte completa têm a particularidade de permitir que a energia
flua para ambos os lados, tanto da entrada para a saída como da saída para a entrada. Há três
aplicações distintas para o uso deste tipo de conversores:

Controlo de motores DC

Conversão DC-AC para fontes de tensão sinusoidal

Conversão DC-AC com isolamento por transformador de alta frequência
11
Para estas três aplicações, o modelo é o mesmo mudando apenas o tipo de controlo.
Este conversor pode operar nos quatro quadrantes do plano i-v e a potência pode fluir em
qualquer direcção.
Figura 10 Conversor DC-DC de ponte completa.
Uma vez que o objectivo do trabalho é obter o máximo rendimento de painéis
fotovoltaicos, este conversor não será necessário, pois apenas é relevante que a potência flua
num único sentido: do painel para o barramento DC.
2.5 Controladores tipo MPPT
O objectivo dos MPPT é atingir o máximo poder disponível das células solares. Um
sistema que seja composto por vários módulos fotovoltaicos posicionados de forma diferente
deve possuir sistemas individuais de modo a assegurar o MPP para cada módulo [31].
Serão faladas as seguintes técnicas [9]:
12

Condutância incremental [32]

Perturbação e observação [33]

Linearização das características I-V

Lógica difusa [34]

Redes neuronais [35]

Tensão no condensador DC [36]
2.5.1 Condutância Incremental
Uma das técnicas de MPPT mais utilizadas denomina-se de condutância incremental.
O princípio desta técnica baseia-se no facto de que o valor da soma das condutâncias
instantâneas I/V e da condutância incremental ΔI/ΔV é zero no MPP, negativo à direita do
MPP e positivo à esquerda do MPP.
Figura 11 Ponto de operação do método de MPPT de condutância incremental.
O incremento ou decremento é alterado nas seguintes condições: se não ocorrer
alteração nem na corrente nem na tensão simultaneamente, não é necessário nenhum
incremento ou decremento na corrente de referência; se ocorrer alteração positiva na tensão
e não houver nenhuma alteração na corrente, a corrente de referência deve aumentar; se
ocorrer alteração negativa na tensão e não houver nenhuma alteração na corrente, a corrente
de referência deve diminuir. Caso a mudança de corrente seja zero enquanto ΔV/ΔI = -V/I, o
PV encontra-se a operar no MPP. Caso ΔV/ΔI ≠ -V/I e ΔV/ΔI > -V/I, a referência de corrente
deve ser decrementada. Caso ΔV/ΔI ≠ -V/I e ΔV/ΔI <-V/I, a referência de corrente deve ser
incrementada de modo a operar no MPP.
|dP/dV| diminui à medida que o MPP é atingido e aumenta quando o ponto operador
se move na direcção oposta do MPP. Sendo assim, para obter-se o MPP operativo é necessário
calcular o valor de |dP/dV|, resultado da medida da condutância incremental e instantânea
do vector PV, isto é, ΔV/ΔI e V/I.
2.5.2 Perturbação e observação
A técnica de perturbação e observação é muito comum, também, devido à fácil
aplicação e à sua estrutura relativamente simples. Na Figura 12 pode-se ver uma curva de
potência típica de um PV.
13
Figura 12 Curva de potência de um PV.
Através da figura, observa-se que uma alteração na corrente em qualquer sentido leva
a uma alteração na potência retirada do PV. Se a alteração na potência for positiva, então há
uma aproximação ao MPP, neste caso, a próxima alteração na corrente deve ser no mesmo
sentido. Caso contrário, caso a alteração na potência seja negativa, há um afastamento do
MPP e a próxima alteração na corrente deve ser no sentido oposto.
Para implementação do método são dados valores iniciais, de forma empírica, à
corrente (Iref) e à diferença da corrente (ΔIref). Posteriormente, a potência associada a essa
mesma corrente é medida na saída do PV: PPV(k). À corrente de referência é aplicado um
incremento ou decremento como perturbação e o novo ponto potência torna-se PPV(k+1). É
agora determinado se PPV(k+1) > PPV(k) ou PPV(k+1) < PPV(k) para determinar a direcção do
próximo incremento.
2.5.3 Características I-V linearizadas
As características I-V dependem da tensão, do nível de insolação e da temperatura.
Algumas propriedades importantes para a arquitectura de um controlador MPPT podem ser
explicadas a partir destas mesmas características referidas desta forma:
VI.
Um PV consiste em dois segmentos de operação, na curva I-V há a parte de corrente
constante (um dos segmentos) e a parte de tensão constante (o outro segmento).
Desta forma é possível linearizar a curva I-V nos dois segmentos com a equação da
recta I p   mV p  b em que m é a condutância do PV.
14
Figura 13 Caracteristica I-V típica de um PV.
VII.
O MPP ocorre no joelho da característica I-V do PV
VIII.
A derivada da recta I p   mV p  b deve ser zero para que ocorra o MPP e desta
forma se a derivada for negativa Ip deve aumentar e se a derivada for positiva Ip deve
diminuir.
2.5.4 Controlo MPPT baseado em lógica difusa (Fuzzy)
Com o avanço dos micro-controladores e DSP’s, os controladores fuzzy começaram a
ter mais interesse para algoritmos MPPT. Com este tipo de controladores é possível trabalharse com entradas imprecisas e não é preciso um modelo dinâmico muito preciso. Os
controladores fuzzy têm três estados:

Fuzzificação – O controlador converte as variáveis de entrada fornecidas pelos
sensores de corrente e tensão.

Aplicação dos operadores fuzzy para determinar a acção a tomar.

Desfuzzificação – O controlador produz uma saída que vai afectar o MPPT.
Figura 14 Implementação de controlo MPPT baseado em lógica difusa.
15
2.5.5 Controlador MPPT baseado em redes neuronais
Tal como os controladores fuzzy, também os controladores inteligentes baseados em
redes neuronais são implementados com a ajuda de micro-controladores e DSP’s. As redes
neuronais são, normalmente, constituídas por três camadas:

Camada de entrada(s)

Camada escondida

Camada de saída(s)
Como controlador MPPT, as redes neuronais recebem, como entrada, parâmetros
atmosféricos e parâmetros dos módulos fotovoltaicos, tais como a radiância, temperatura,
tensão de circuito aberto e corrente de curto-circuito. Na camada escondida são aplicados os
pesos em cada nó e é processado o duty-cycle que a camada de saída irá transmitir ao
conversor.
A eficácia de uma rede neuronal depende de quão bem foi treinada e do algoritmo
usado nas camadas escondidas.
Figura 15 Implementação de control MPPT baseado em redes neuronais.
2.5.6 Controlo MPPT baseado na tensão do condensador DC
Em alguns casos, em que o sistema fotovoltaico tem que ser ligado à rede eléctrica,
usa-se uma técnica de MPPT especialmente desenvolvida denominada de controlo MPPT
baseado na tensão do condensador da ligação DC. Na Figura 16 observa-se um diagrama de
blocos deste controlo.
16
Figura 16 Implementação do controlo MPPT baseado na tensão do condensador DC.
O duty-cycle ideal para um conversor boost em estado estacionário é dado por:
d  1
V
Vlink
Em que d é o duty-cycle, V é a tensão à entrada do conversor e Vlink é a tensão da
ligação DC. Vlink pode ser mantido constante enquanto a potência requerida pelo inversor
não for superior à potência gerada pelos módulos fotovoltaicos, caso contrário esta tensão
cai. O ponto de potência máximo (MPP) ocorre imediatamente antes da tensão Vlink cair.
Embora não seja necessário computação das entradas, este método é menos eficiente que os
anteriormente descritos uma vez que não lê directamente a potência e o atraso na resposta
da malha de controlo da tensão DC afecta directamente a sua resposta.
17
Capítulo 3
Modelos associados aos subsistemas
18
Capítulo 4
Algoritmo de controlo
19
Capítulo 5
Simulação e Análise
20
Capítulo 6
Conclusões
21
Referências
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
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15.
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