dc.creator | Zientarski, Jonatan Rafael Rakoski | |
dc.date.accessioned | 2018-10-24T17:54:33Z | |
dc.date.available | 2018-10-24T17:54:33Z | |
dc.date.issued | 2017-12-18 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/14659 | |
dc.description.abstract | This work presents some conceptual and practical contributions about the use of series-regulated
DC/DC converters in multi-string photovoltaic systems, which have been presented in the literature
as capable of performing partial power processing. From a conceptual point of view, the
requirements for distinguish which topologies are able or not to perform partial power processing
are defined, and for that, it is developed a methodology to evaluate the active and nonactive
power processing on the converter, which depend on its design parameters. By means of the
analysis of various topologies of series regulators, it is concluded that the partial power processing
is achieved by adjusting the duty cycle and the turns ratio of transformers (or coupled inductors).
However, because of the voltage gain specifications, not all series regulators topologies cited in
the literature are able of operating in the partial power processing region. It is observed that
the series regulators based on buck-boost and flyback topologies do not allow to achieve partial
energy processing, whereas the series regulators based on forward and full-bridge topologies may
perform partial power processing in certain operation ranges. In addition, the application of
series regulators in photovoltaic systems allows the use of the input voltage regulation range as
an additional parameter to reduce the power processing in the converters. Thus, a methodology
was developed to obtain a stochastic model of the voltage profile in which the energy is
generated. The methodology employs the mathematical model of the photovoltaic module and
historical data of temperature and irradiation, and demonstrates that for each project there is
a voltage regulation range of the dc-dc stage that may result in performance improvements in
terms of power density and efficiency. From the definition of the voltage regulation range, it
has been demonstrated that the use of series regulators based on topologies with bidirectional
power flow (acting as both voltage step-up and voltage step-down) allows to reduce the power
processing in the converters even further. As an example, the full-bridge/push-pull topology
was evaluated, some technical constraints are defined and some advantages and disadvantages
of its application are presented. As a result, it is concluded that although voltage step-up/down
topologies are more complex, their proper design may result in improvements in efficiency and
power density. In order to validate the analyzes, seven 750 W prototypes were built, achieving
efficiencies of up to 99.58 %, and power densities up to 4.76 W/cm3. | eng |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Engenharia elétrica | por |
dc.subject | Eletrônica de potência | por |
dc.subject | Energias renováveis | por |
dc.subject | Geração fotovoltaica | por |
dc.subject | Conversores CC-CC | por |
dc.subject | Processamento parcial de energia | por |
dc.subject | Electrical engineering | eng |
dc.subject | Power electronics | eng |
dc.subject | Renewable energy sources | eng |
dc.subject | Photovoltaic power generation | eng |
dc.subject | DC-DC converters | eng |
dc.subject | Partial power processing | eng |
dc.title | Contribuições ao estudo de conversores CC–CC com processamento parcial de energia aplicados a sistemas fotovoltaicos | por |
dc.title.alternative | Contributions to the study of DC–DC converters with partial power processing applied to photovoltaic systems | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | 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. | por |
dc.contributor.advisor1 | Hey, Hélio Leães | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8993475915541103 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Martins, Mário Lúcio da Silva | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2730012969211616 | por |
dc.contributor.referee1 | Font, Carlos Henrique Illa | |
dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3453361830000042 | por |
dc.contributor.referee2 | Dupont, Fabrício Hoff | |
dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/2244266032297061 | por |
dc.contributor.referee3 | Pinheiro, José Renes | |
dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/2333794966860226 | por |
dc.contributor.referee4 | Beltrame, Rafael Concatto | |
dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/0818364721574204 | por |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/9379348657934164 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Elétrica | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |