Caracterização de geradores fotovoltaicos e desenvolvimento de seguidor de potência máxima para sistemas autônomos aplicados à eletrificação rural

Abstract

A maximização da eficiência na conversão de energia elétrica é essencial para o desenvolvimento da viabilidade técnica e econômica dos sistemas de energia solar fotovoltaica. Este trabalho apresenta a caracterização de geradores fotovoltaicos e o desenvolvimento de conversor eletrônico para máxima transferência de potência em um sistema autônomo aplicado à eletrificação rural. O sistema fotovoltaico utilizado é similar aos sistemas instalados pela Companhia Energética de Minas Gerais – CEMIG nas residências de comunidades isoladas dentro dos programas Luz Solar e Luz Para Todos. Inicialmente foram desenvolvidos modelos e procedimentos de ensaios de geradores fotovoltaicos, cobrindo requisitos mínimos de desempenho e com adequações às normas nacionais e internacionais. A partir da coleta de dados foi realizada a estimação de parâmetros do modelo do gerador fotovoltaico. A validação do procedimento de ensaios e da estimação foi realizada por meio da comparação com ensaios realizados no Laboratório Nacional de Energias Renováveis dos Estados Unidos da América - NREL. Os erros percentuais obtidos foram menores que 6,0%. O conversor para máxima transferência de potência consiste de um conversor de corrente contínua na configuração abaixadora e o algoritmo de controle foi implementado utilizando um microcontrolador. O sistema foi simulado com o objetivo de otimizar o projeto e realizar um estudo comparativo com os resultados do monitoramento do sistema. Os resultados do monitoramento do protótipo do conversor para máxima transferência de potência apresentaram uma eficiência na faixa de 80 a 90%. Estas iniciativas estão dando suporte às ações governamentais no controle da qualidade de equipamentos e promovendo o desenvolvimento de tecnologia nacional.

The maximization of efficiency in energy conversion systems is crucial for the development of technical and economical viability of photovoltaic systems. This work presents the characterization of photovoltaic generators and the development of an electronic converter with Maximum Power Point Tracking - MPPT for stand-alone systems applied to rural electrification. The stand-alone photovoltaic system used is similar to the systems installed by Companhia Energética de Minas Gerais - CEMIG in residences of isolated communities, inside the programs Luz Solar and Luz Para Todos. Initially, models and test procedures for photovoltaic generators were developed, attending the minimum performance requirements in compliance with national and international standards. The models parameters were estimated from the data collection. The test procedure’s validation and the parameters estimation were implemented using a comparative study with test results done in the National Renewable Laboratory – NREL from United States of America. The maximum error was less than 6.0%. The converter with Maximum Power Point Tracking - MPPT consists of a direct current converter in buck configuration and the control algorithm was implemented in a microcontroller. A system simulation was implemented and the aims were to optimize the project and carry out a comparative study with the monitoring results. The results of the MPPT prototype presented efficiency around 80 to 90%. These initiatives are xxv supporting the government actions in the quality control of equipments and promoting the development of national technology.