Interface entre um painel fotovoltaico e a rede elétrica

Abstract

Existe, a nível mundial, uma enorme dependência dos combustíveis fósseis para a obtenção de energia elétrica. Esta é obtida através da queima dos mesmos contribuindo para uma emissão de CO2 para a atmosfera, provocando um grande impacto ambiental. Com isto, e aliado às preocupações económicas mundiais e à escassez dos combustíveis fósseis, tem-se apostado na obtenção de energia elétrica através de energias renováveis, como por exemplo a energia solar fotovoltaica, devido ao facto de estas serem inesgotáveis e não possuírem um grande impacto ambiental. Os sistemas solares fotovoltaicos têm sido bastante utilizados devido principalmente à grande disponibilidade da sua fonte de energia, o sol, mas também devido ao seu tempo de vida útil elevado e à melhoria nos últimos anos da eficiência destes sistemas. O problema destes incide sobre a potência instantânea de um painel solar fotovoltaico estar constantemente a alterar-se devido às variações da radiação ao longo do dia e da temperatura do módulo. Para obter uma maior eficiência destes sistemas é necessário implementar um algoritmo de MPPT (Maximum Power Point Tracker) para que seja sempre extraída a potência máxima do painel solar fotovoltaico. Esta dissertação consiste num estudo bibliográfico, implementação e desenvolvimento de um Interface entre um Painel Solar Fotovoltaico e a Rede Elétrica. Para tal, foi necessário desenvolver um conversor CC-CC do tipo boost, controlado pelo algoritmo de controlo MPPT Perturbação e Observação, capaz de acompanhar dinamicamente a potência máxima disponibilizada pelo painel solar fotovoltaico para as diferentes condições de radiação, extraindo assim a potência máxima do mesmo. Posto isto, foi desenvolvido um inversor monofásico em ponte completa, controlado através da técnica de PWM (Pulse-Width modulation) unipolar, para a conversão da tensão contínua proveniente do conversor CC-CC numa tensão alternada de valor eficaz 230 V e frequência de 50 Hz. Para o controlo de todo o sistema foi utilizado o microcontrolador TMS320F28027 fabricado pela empresa Texas Instruments, programado através da linguagem C. Nesta dissertação são apresentados os resultados das simulações computacionais realizadas, a escolha de todo o hardware do sistema e, por último, são mostrados todos os resultados experimentais obtidos, comprovando o funcionamento do sistema.

There is a worldwide dependence on fossil fuels to obtain electrical power. This process requires the burning of the fossil fuels, therefore contributing to the emission of CO2 to the atmosphere and causing a significant environmental impact. Furthermore, the global economic issues and the scarcity of fossil fuels contributed to the increasing interest in the generation of electricity using renewable energies, such as solar photovoltaic, due to the fact that these are inexhaustible and do not have a big environmental impact. Solar photovoltaic systems have been widely used mainly due to the great availability of its energy source, the sun, but also due to its long life time and to the efficiency improvement of these systems in the latest years. The solar photovoltaic systems’ main issues are the continuous variations of its instantaneous power, due to radiation alterations throughout the day and temperature of the panel. In order to improve to efficiency of these systems it is necessary to implement a MPPT (Maximum Power Point Tracker) algorithm so that the maximum power of the photovoltaic solar panel is always extracted. The present thesis consists in a literature review and in the development and implementation of an interface between a Photovoltaic Solar Panel and the Power Grid. In order to achieve this, it was necessary to develop a boost DC-DC converter, controlled by the perturbation and observation MPPT control algorithm, which is able to dynamically track the maximum power available from the photovoltaic solar panel having in account the different radiation conditions. Afterwards, a single-phase full-bridge inverter was developed, controlled by the PWM (Pulse-Width modulation) unipolar technique, to convert the DC voltage from the DC-DC converter into an alternating voltage of 230 V and a frequency of 50 Hz. For the whole system control, a TMS320F28027 microcontroller manufactured by Texas Instruments was used, programmed in C language. In the current thesis, the results of computer simulations, as well as the entire system hardware selection are presented. Finally, the experimental results are shown, validating the proposed system.