Estudo e otimização de conversores estáticos utilizados em sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica comercial

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009Este trabalho apresenta um estudo na área de eletrônica de potência aplicada à tecnologia de painéis solares fotovoltaicos. Uma revisão das arquiteturas utilizadas até o momento para realizar a conversão de energia dos módulos fotovoltaicos é apresentada, além de uma breve classificação e evolução dos sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica de energia. Para o trabalho, dois conversores CC-CC foram escolhidos, estudados e aplicados como estágios iniciais de potência a um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica. Estes foram projetados de tal maneira a levar em consideração a redução do número de componentes e das perdas. Uma estratégia de controle para os mesmos foi estudada e foi decidido que o controle associado ao primeiro estágio teria unicamente a função de forçar o mesmo a operar sempre próximo ao ponto de máxima potência. Um conversor CC-CA foi apresentado como segundo estágio do sistema. Uma análise detalhada do controle foi realizada e duas malhas de controle, trabalhando conjuntamente, foram empregadas. Uma para controlar a tensão contínua do barramento e o fluxo de potência. Outra para controlar a corrente de saída do sistema. Além disso, a pesquisa também considerou a possibilidade de conexão de cargas diretamente ao sistema, focando os esforços em cargas não-lineares. Um algoritmo seguidor de máxima potência foi apresentado além de um sistema de proteção e supervisão. Por fim, os resultados experimentais validam os estudos teóricos realizados, além de corroborar algumas hipóteses discutidas no decorrer do trabalho.This work presents a study on the application of power electronics in the photovoltaic system area. An overview of the power electronics architectures applied to photovoltaic modules energy conversion is presented, including a brief classification and evolution of grid connected photovoltaic systems. To the research, two DC-DC converters were chosen, designed and applied as first power stage of a grid connected system. They were designed considering the reduction of losses and devices. A control strategy for them was studied and it was decided that the control associated with the first stage would have only the function of forcing it to operate always near the point of maximum power. A DC-AC converter was presented as the second stage of the system. A detailed control analysis was developed and two loop controls, working together, were employed. One loop to control the voltage of bus and the power flow. Another to control the output current of the system. Moreover, the research also considered the possibility of connecting a load directly to the system, focusing efforts on non-linear loads. A maximum power point tracker algorithm and a system of protection and supervision were presented. Finally, the experimental results validate the theoretical studies conducted, in addition to corroborate some assumptions discussed in the course of work