Desenvolvimento de um inversor para aplicações fotovoltaicas com MPPT integrado

Abstract

Estudos realizados relativamente ao uso de combustíveis fósseis preocupam cada vez mais a comunidade científica, visto que a utilização destes leva à acumulação de gases na atmosfera que propiciam o aquecimento global. Deste modo torna-se urgente tomar medidas de forma a diminuir as emissões de gases de efeito de estufa. A utilização exaustiva de combustíveis fósseis, além de causar danos irreparáveis no ambiente tem impactos socioeconómicos devido à sua exaustiva procura, que tende a diminuir as reservas dos mesmos e por consequência aumentar exponencialmente o seu custo. Os factos referenciados anteriormente evidenciam claramente a necessidade de contornar estes aspetos negativos inerentes ao uso dos combustíveis fósseis. Como tal é necessário procurar alternativas energéticas igualmente rentáveis de modo a incentivar o crescimento económico e a reduzir a dependência dos combustíveis fosseis como o petróleo. Em alternativa ao uso dos combustíveis fósseis surgem as energias renováveis que apresentam inúmeras vantagens em termos ecológicos, permitindo a produção de energia elétrica, diminuindo a dependência do petróleo e as emissões de gases poluentes. Esta dissertação de mestrado descreve o desenvolvimento de um inversor para aplicações fotovoltaicas com MPPT (Maximum Power Point Tracker) integrado. Tratase de um equipamento de eletrónica de potência que permite a injeção de energia na rede elétrica produzida a partir de uma fonte de energia renovável. Este utiliza uma topologia mais compacta que a tradicional, recorrendo apenas a um conversor CC-CA, usualmente denominado por inversor, que otimiza a extração da potência que os módulos solares fotovoltaicos podem fornecer em cada instante. Na topologia mais convencional é utilizado um conversor CC-CC para estabilizar e elevar ou baixar a tensão proveniente dos módulos solares fotovoltaicos, seguido de um inversor de eletrónica de potência, com a finalidade de alimentar cargas num sistema isolado ou para injetar energia na rede elétrica. A presente dissertação contempla uma parte de hardware, que engloba toda a eletrónica de potência, e uma parte de software, que abrange toda a implementação dos algoritmos de controlo que são executados por um microcontrolador DSP (Digital Signal Processor), o qual recebe valores de medições e variáveis de comando por forma a executar perfeitamente o controlo de todo o sistema. De forma a ser possível a validação dos conceitos teóricos para a topologia de hardware e para os algoritmos de controlo implementados, são apresentados todos os resultados de simulação computacional em ambiente PSIM e todos os resultados experimentais de todos os circuitos desenvolvidos para validação do sistema.

Studies conducted on the use of fossil fuels increasingly concern the scientific community since their use leads to accumulation of gases in the atmosphere that cause global warming therefore it is essential to take measures in order to reduce emissions of greenhouse gases. This, besides causing irreparable damage to the environment, has socioeconomic impacts due to their exhaustive search that tends to diminish their reserves and thus increase their cost exponentially. The facts referenced above clearly show the need to circumvent these negative aspects that inhere in the use of fossil fuels, therefore it is necessary to search energy alternatives equally cost-effective to stimulate economic growth and reduce dependence on fossil fuels such as oil. As an alternative to the use of fossil fuels renewable energies arise, which have many advantages in ecological terms, allowing the production of electricity and reducing both oil dependency and greenhouse gas emissions. This thesis describes the development of an inverter for photovoltaic applications with MPPT (Maximum Power Point Tracker) integrated. It is a power electronics device that allows the production of electricity from a renewable energy source. This uses a topology slightly more compact than the traditional, using only a DC-AC converter, usually called by inverter that optimizes the power that the panels can provide at any given moment. In the most conventional topology, a DC-DC converter is used to stabilize and raise or lower the voltage from the solar panels, followed by a power electronics converter in order to feed a load in an isolated system or inject electrical power in the network. This work includes a hardware part, which encompasses all power electronics and a software part, which covers the entire implementation of the control algorithms that are executed by a DSP (Digital Signal Processor) microcontroller, which receives values measurements and command variables in order to perfectly execute control of the entire system. In order to be able to validate theoretical concepts for the hardware topology and the control algorithm implemented, results of computer simulation in PSIM environment are presented, and the experimental results of all circuits developed to validate the entire system are also presented.