Contribuições ao estudo de conversores CC–CC com processamento parcial de energia aplicados a sistemas fotovoltaicos
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Data
2017-12-18Autor
Zientarski, Jonatan Rafael Rakoski 
Primeiro orientador
Hey, Hélio Leães
Primeiro coorientador
Martins, Mário Lúcio da Silva
Primeiro membro da banca
Font, Carlos Henrique Illa
Segundo membro da banca
Dupont, Fabrício Hoff
Terceiro membro da banca
Pinheiro, José Renes
Quarto membro da banca
Beltrame, Rafael Concatto
Metadata
Mostrar registro completoResumo
Este trabalho apresenta contribuições conceituais e práticas acerca do emprego de reguladores
série chaveados no estágio CC-CC de sistemas de geração fotovoltaica com arquitetura multistring,
os quais têm sido apresentados na literatura como capazes de realizar processamento
parcial de energia. Do ponto de vista conceitual, são definidos os requisitos para distinguir
quais topologias são capazes ou não de realizar processamento parcial de energia, e, para isso, é
desenvolvida uma metodologia de avaliação da energia ativa e não-ativa processada em função
dos parâmetros de projeto dos conversores. Por meio da análise de diferentes topologias de
reguladores série, conclui-se que o processamento parcial de energia é alcançado pelo ajuste da
razão cíclica e da relação de espiras nos transformadores ou indutores acoplados. Contudo, em
virtude das especificações de ganho de tensão, nem todas topologias de regulação série citadas
na literatura são capazes de operar na região de processamento parcial de energia. Observase
que os reguladores série baseados nas topologias buck-boost e flyback não permitem realizar
processamento parcial de energia, enquanto que os reguladores série baseados nas topologias
forward e full-bridge realizam processamento parcial de energia em determinadas faixas de operação.
Além disso, a aplicação de reguladores série em sistemas fotovoltaicos permite utilizar
a faixa de regulação de tensão de entrada como um grau de liberdade adicional para reduzir
o processamento de energia nos conversores. Neste sentido, foi desenvolvida uma metodologia
que utiliza o modelo do módulo fotovoltaico e dados históricos de temperatura e irradiação para
obtenção de um modelo estocástico do perfil de tensão no qual a energia é gerada, demonstrando
que para cada projeto existe uma faixa de regulação de tensão de entrada que permite aumentar
o desempenho do estágio CC-CC em termos de densidade de potência e eficiência. A partir da
definição da faixa de regulação de tensão, é demonstrado que o emprego de reguladores série baseados
em topologias com fluxo bidirecional de energia (i.e. capazes de atuar como elevadoras e
abaixadoras de tensão) permite reduzir ainda mais o processamento de energia nestas estruturas.
Como exemplo, a topologia full-bridge/push-pull é avaliada, sendo definidas algumas restrições
técnicas e apresentadas algumas vantagens e desvantagens de sua aplicação. Como resultado,
conclui-se que apesar das topologias elevadoras/abaixadoras de tensão serem mais complexas,
seu projeto adequado pode resultar em melhorias na eficiência e densidade de potência do sistema.
Para validar os resultados das análises, foram construídos sete protótipos de 750 W, os
quais alcançaram eficiências de até a 99,58% e densidades de potência de até 4,76 W/cm3.
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