Projeto otimizado para minimização de perdas em um conversor bidirecional aplicado a sistemas autônomos de iluminação
Fecha
2022-02-18Primeiro coorientador
Álvarez, José Marcos Alonso
Primeiro membro da banca
Bellinaso, Lucas Vizzotto
Segundo membro da banca
Pinto, Rafael Adaime
Terceiro membro da banca
Braga, Henrique Antônio Carvalho
Quarto membro da banca
Sa Junior, Edilson Mineiro
Metadatos
Mostrar el registro completo del ítemResumen
O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema autônomo de iluminação pública baseado em energia solar fotovolaica e diodos emissores de luz (LEDs). O sistema deve
ser capaz de carregar um banco de baterias durante o dia através de um arranjo fotovoltaico e
suprir uma carga LED durante a noite. Um conversor bidirecional com transistores de nitreto
de gálio (GaN) é utilizado de forma a obter uma estrutura com elevado rendimento e, com isso,
otimizar o tamanho do banco de baterias e arranjo fotovoltaico para maximizar a autonomia do
sistema ou reduzir os custos de produção, dependendo dos objetivos da aplicação.
Foi desenvolvida uma metodologia completa e otimizada para o projeto dos elementos deste sistema autônomo de iluminação. Esta metodologia baseia-se em um algoritmo de busca discreta
que avalia um conjunto de componentes disponíveis comercialmente para determinar a melhor
combinação de componentes e o melhor ponto de operação do circuito, de modo a minimizar
as perdas de energia ao longo do período de operação do sistema.
Neste documento é apresentada, inicialmente, uma revisão bibliográfica de aspectos teóricos
relacionados aos sistemas autônomos de iluminação, como fonte fotovoltaica, baterias, carga
LED, topologias de conversores e soluções comerciais disponíveis. Uma revisão sobre interruptores GaN também é apresentada, abrangendo seu histórico, princípio de funcionamento,
características e estado da arte da tecnologia em termos de dispositivos comerciais.
Para validar experimentalmente a topologia proposta, um protótipo de 100 W com frequência
de comutação arbitrária foi desenvolvido e avaliado. No modo carregador de bateria, o circuito
opera em 250 kHz e apresenta eficiências maiores que 92% em toda a faixa de potência com
um valor máximo de 97,3%. No modo driver de LED, a frequência de operação escolhida foi
de 345 kHz e uma eficiência máxima de 95,8% foi obtida.
Para a validação da metodologia de projeto proposta, quatro conversores com potências de 30 W
em modo driver e 150 W em modo carregador foram implementados e testados em diferentes
pontos de operação. Com isso, comprovou-se que, considerando um conjunto de componentes,
a metodologia é capaz de determinar o melhor ponto de operação para maximizar o rendimento,
e, considerando diferentes conjuntos de componentes, determinar o melhor em termos de redução da energia perdida, de forma a maximizar a autonomia do sistema.
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