Desenvolvimento de um conversor CA-CC bidirecional para interface entre painéis solares, sistemas de armazenamento de energia e a rede elétrica

Abstract

Devido aos problemas ambientais que são enfrentados hoje em dia, para o qual tiveram um papel influenciador a exploração de fontes de energia não renováveis, existe um grande aumento da procura de outras fontes de energia. Assim, assiste-se a um aumento bastante considerável da popularidade das fontes de energia renováveis, permitindo obter energia de fontes inesgotáveis como o sol, o vento e a água. Tendo isto em conta, esta dissertação tem como propósito o desenvolvimento de um conversor CA-CC que funcione à tensão nominal da rede cuja função é a interface entre a rede elétrica, painéis solares fotovoltaicos e sistemas de armazenamento de energia. O objetivo principal é então a extração e a injeção de energia na rede elétrica, tendo em conta a energia produzida nos painéis solares fotovoltaicos e a energia armazenada nas baterias, podendo estas ser carregadas ou descarregadas. Para que este objetivo seja cumprido, é necessário um conversor CC-CC de modo que seja realizada uma interface mais eficiente entre o barramento CC as baterias e os painéis fotovoltaicos. Este conversor foi desenvolvido por outro aluno do GEPE, por isso não entra no escopo desta dissertação. Estes dois conversores foram integrados num só protótipo capaz de cumprir as funções já enumeradas. Assim, durante a elaboração desta dissertação, foram abordadas as etapas necessárias para uma implementação com sucesso do protótipo desenhado para o objetivo definido. Inicialmente, foram definidas as topologias que se adequavam para a implementação e também foram as técnicas de controlo de corrente que poderiam ser implementadas no DSP para a construção deste sistema. Além disto foram feitas também as simulações computacionais na ferramenta de simulação PSIM, que servem para o estudo prévio do funcionamento do sistema antes de qualquer implementação prática. A seguir, fez-se também uma descrição do material a ser utilizado e também uma análise das suas caraterísticas. Por último, foi feita a validação prática do protótipo, de modo a testar todos os seus modos de funcionamento.

Due to the environmental problems we face today, for which the exploitation of non-renewable energy sources has had an influential role, there is a great increase in the demand for other sources of energy. Thus, we are witnessing a very considerable increase in the popularity of renewable energy sources, allowing us to obtain energy from inexhaustible sources such as the sun, wind and water. With this in mind, the purpose of this dissertation is to develop an AC-DC converter operating at nominal grid voltage whose function is the interface between the electrical grid, photovoltaic solar panels and energy storage systems. The main objective is then to extract and inject energy into the electrical grid, taking into account the energy produced in the photovoltaic solar panels and the energy stored in the batteries, which can be charged or discharged. For this objective to be achieved, a DC-DC converter is needed so that a more efficient interface between the DC bus the batteries and the photovoltaic panels can be realised. This converter was developed by another student of GEPE, so it does not enter in the scope of this dissertation. These two converters were integrated in a single prototype capable of fulfilling the functions already listed. Thus, during the elaboration of this dissertation, the necessary steps for a successful implementation of the prototype designed for the defined objective were addressed. Initially, the topologies that were suitable for implementation were defined and also the current control techniques that could be implemented in the DSP for the construction of this system. Besides this, the computational simulations were also made in the PSIM simulation tool, which serve for the previous study of the system operation before any practical implementation. Next, a description of the material to be used and an analysis of its characteristics were also made. Finally, the practical validation of the prototype was made, in order to test all its functioning modes.