Mostrar registro simples

dc.creatorDuarte, Renan Rodrigo
dc.date.accessioned2022-08-02T19:29:53Z
dc.date.available2022-08-02T19:29:53Z
dc.date.issued2022-02-18
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/25767
dc.description.abstractThis work presents the development of an standalone street lighting system based on solar energy and light emitting diodes (LEDs). The system must be able to charge a battery bank during the day from a photovoltaic source and supply an LED load during the night. A bidirectional converter based on gallium nitride (GaN) transistors is used in order to achieve a high-performance system and, thereby, to optimize the size of the battery bank and photovoltaic array to maximize the system autonomy or reduce costs, depending on the application goals. A complete and optimized methodology was developed for the design of the elements of this standalone lighting system. This methodology is based on a discrete search algorithm that evaluates a set of commercially available elements to determine the best combination of components and the best operating point of the circuit, in order to minimize energy losses over the system operation period. This document initially presents a bibliographic review of theoretical aspects related to autonomous lighting systems, such as the photovoltaic source, batteries, LED load, converter topologies and commercially available solutions. A review of GaN switches is also presented, covering their history, operating principles, features and state of the art in terms of commercially available devices. To experimentally validate the proposed topology, a 100 W prototype with arbitrary switching frequencies was developed and evaluated. In battery charger mode, the circuit operates at 250 kHz and has efficiencies greater than 92% over the entire power range with a maximum value of 97.3%. In LED driver mode, the chosen operating frequency was 345 kHz and a maximum efficiency of 95.8% was achieved. To validate the proposed design methodology, four converters with power ratings of 30 W in driver mode and 150 W in charger mode were implemented and tested at different operating points. Thus, it was proved that, considering a set of components, the methodology is able to determine the best operating point to maximize the efficiency, and, considering different sets of components, determining the best in terms of energy loss reduction to maximize system autonomyeng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpor
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectConversores CC-CCpor
dc.subjectDiodos emissores de luzpor
dc.subjectNitreto de gáliopor
dc.subjectSistemas autônomospor
dc.subjectSistemas fotovoltaicospor
dc.subjectDC-DC power converterseng
dc.subjectGallium nitrideeng
dc.subjectLight emitting diodeseng
dc.subjectPhotovoltaic systemseng
dc.subjectStandalone systemseng
dc.titleProjeto otimizado para minimização de perdas em um conversor bidirecional aplicado a sistemas autônomos de iluminaçãopor
dc.title.alternativeOptimized design for minimization of losses in a bidirectional converter applied to standalone lighting systemseng
dc.typeTesepor
dc.description.resumoO 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.por
dc.contributor.advisor1Dalla Costa, Marco Antônio
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4455422053321491por
dc.contributor.advisor-co1Álvarez, José Marcos Alonso
dc.contributor.referee1Bellinaso, Lucas Vizzotto
dc.contributor.referee2Pinto, Rafael Adaime
dc.contributor.referee3Braga, Henrique Antônio Carvalho
dc.contributor.referee4Sa Junior, Edilson Mineiro
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/3864761697400948por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEngenharia Elétricapor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapor
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApor
dc.publisher.unidadeCentro de Tecnologiapor


Arquivos deste item

Thumbnail
Thumbnail

Este item aparece na(s) seguinte(s) coleção(s)

Mostrar registro simples

Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
Exceto quando indicado o contrário, a licença deste item é descrito como Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International