Rastreamento Do Ponto de Máxima Potência de Um Painel Fotovoltaico

7/25/2019 Rastreamento Do Ponto de Mxima Potncia de Um Painel Fotovoltaico

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCACAO CIEN-

CIA E TECNOLOGIA DE GOIASGRADUACAO ENGENHARIA DE CON-

TROLE E AUTOMACAO

RASTREAMENTO DO PONTO DE MAXIMA

POTENCIA DE UM PAINEL FOTOVOLTAICO

Lucas Hermeto Zoccoli Nogueira, Nelio Vaz Resende

[IFG]

[Goiania - Goias - Brasil]

24 de setembro de 2015


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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCACAO CIEN-

CIA E TECNOLOGIA DE GOIASGRADUACAO ENGENHARIA DE CON-

TROLE E AUTOMACAO

RASTREAMENTO DO PONTO DE MAXIMA

POTENCIA DE UM PAINEL FOTOVOLTAICO

Lucas Hermeto Zoccoli Nogueira, Nelio Vaz Resende

Trabalho de Conclusao de Curso apresentado a Coordenacao do Curso de

Engenharia de Controle e Automacao do Instituto Federal de Educacao, Ciencia e

Tecnologia de Goias, sobe a orientacao do professor Doutor Aylton Jose Alves,

como requisito parcial para obtencao do ttulo de Bacharel em Engenharia de

Controle e Automacao.

[IFG]

[Goiania - Goias - Brasil]

24 de setembro de 2015


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Copyright

24 de setembro de 2015 by Federal University of Goias - UFG, Bra-

zil. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system,

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being entered and executed on a computer system, for exclusive use of the reader of

the work.


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Os que se encantam com a pratica sem a ciencia sao como ostimoneiros que entram no navio sem timao nem bussola, nunca tendo

certeza do seu destino.

Leonardo da Vinci


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Dedicamos este trabalho a nossos familiares e amigos.


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AGRADECIMENTOS

A jornada foi longa, mas no seu percurso descobrimos o conhecimento e as

amizades, que levaremos para o resto de nossas vidas. Com isso agradecemos:

A todos os amigos e colegas que de alguma forma auxiliaram para o termino

desta jornada.


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RESUMO

Neste trabalho desenvolve-se um conversor CC-CC do tipo BOOST e umsistema microcontrolado para realizar o rastreamento do ponto de maxima potencia

(MPPT) do modulo fotovoltaico em estudo atraves da tecnica de perturbacao eobservacao. O projeto do sistema baseou-se nas condicoes padroes de teste e nosdados fornecidos pelo fabricante do modulo solar. Foram confrontados resultadossimulados e experimentais e a eficiencia do sistema foi avaliada.


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MAXIMUM POWER POINT TRACKING OF A PHOTOVOLTAICPANEL

ABSTRACT

This work develops a DC-DC converter BOOST type and microcontrollersystem to perform the tracking of the maximum power point (MPPT) of the pho-

tovoltaic module being studied through the Perturbation and observation (P&O)method. The system design was based on test conditions and standards on dataprovided by the manufacturer of the solar module. Simulated and experimental re-sults were compared and the system efficiency was assessed.


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SUMARIO

Pag.

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

CAPITULO 1 INTRODUCAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.1 Matriz Energetica: Cenario Atual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.2 Objetivos Gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.3 Objetivos Especficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

CAPITULO 2 TECNOLOGIAS PARA APROVEITAMENTO DA

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA . . . . . . . . 29

2.1 Energia Fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.1.1 Radiacao Solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.2 Dispositivos fotovoltaicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.2.1 Efeito fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.2.2 Tipos de celulas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.2.3 Associacoes de dispositivos fotovoltaicos . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.2.4 Diodos de desvio (by-pass). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.2.5 Diodo de bloqueio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.3 Circuito eletrico equivalente do painel fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . 35

2.4 Principais parametros de um dispositivo fotovoltaico . . . . . . . . . . . 37

2.5 Rastreamento do ponto de maxima potencia . . . . . . . . . . . . . . . . 382.5.1 Condutancia incremental. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.5.2 Metodo da tensao constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.5.3 Metodo da perturbacao e observacao (P&O) . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.6 Modulacao PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.6.1 Modulador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.7 Conversores de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.7.1 Conversor BOOST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.7.2 Conversor BUCK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45


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2.7.3 Conversor BUCK-BOOST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

CAPITULO 3 ANALISE E MODELAGEM MATEMATICA DO

SISTEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.1 Analise do conversor de topologia BOOST . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.1.1 Modelagem matematica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.2 Resitencia equivalente vista pela fonte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.3 Teorema de Thevenin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.4 Teorema da maxima transferencia de potencia . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.5 Analise do modulo fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.5.1 Efeitos da variacao da irradiancia e da temperatura nas caractersticas

eletricas do modulo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.6 Teste do rastreador de MPPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.6.1 Algoritmo de MPPT proposto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.6.2 Variaveis de programacao e descricao do algoritmo . . . . . . . . . . . 57

3.7 Coleta de dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

CAPITULO 4 PROJETO DOS CIRCUITOS E COMPONENTES

ELETRONICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.1 Projeto do rastreador de maxima potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.2 Projeto do conversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.3 Gate driver para o MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.4 Projeto do sistema microcontrolado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.5 Projeto dos sensores de coleta de dados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

CAPITULO 5 RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

CAPITULO 6 CONCLUSAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

ANEXO A DataSheet do Modulo Fotovoltaico . . . . . . . . . . 77

APENDICE A Esquema das placas de controle e coleta de dados do

sistema de MPPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

APENDICE B Programa para simulacao do painel . . . . . . . . . . 83

APENDICE C Algoritmo de MPPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

APENDICE D Algoritmo de MPPT em Linguagem C . . . . . . . 87


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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91


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LISTA DE FIGURAS

Pag.

1.1 Matriz energetica mundial em 2000 e 2013 . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.2 Cenario da capacidade instalada com e sem politicas publicas. . . . . . . 25

1.3 Custo de um sistema fotovoltaico conectado a rede. . . . . . . . . . . . . 26

2.1 Sistema Fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.2 Estrutura de uma celula solar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.3 Representacao de um modulo fotovoltaico. . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.4 Detalhamento de um painel fotovoltaico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.5 Esquematico ilustrando a ligacao dos diodos de desvio em um modulo

fotovoltaico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.6 Modelo eletrico de uma celula fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.7 Curva caracterstica de um dispositivo fotovoltaico e seus principais pa-

rametros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.8 Tecnica de MPPT utilizando condutancia incremental . . . . . . . . . . 39

2.9 Fluxograma do metodo da tensao constante. . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.10 Fluxograma do metodo de perturba e observa. . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.11 Sinal PWM com variacao do ciclo de trabalho . . . . . . . . . . . . . . . 432.12 Geracao do sinal modulado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.13 Comparacao dos sinais de entrada e sada . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.1 Circuito do conversor Boost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.2 Circuito eletrico equivalente do conversor BOOST quando a chave esta

fechada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.3 Circuito eletrico equivalente do conversor BOOST quando a chave esta

aberta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.4 Formas de ondas do circuito boost em operacao . . . . . . . . . . . . . . 493.5 Resistencia enxergada pela fonte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.6 teorema de thevenin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.7 Situacao de maxima transferencia de potencia . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.8 Fluxograma do metodo de perturba e observa. . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.9 Sensor de radiacao solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.1 Esquematico do rastreador de MPPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.2 Driver do sinal PWM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63


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4.3 Esquematico do sistema microcontrolado . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.4 Esquematico de um AOP nao inversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.5 Divisor de tensao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.6 Circuito para a leitura dos sinais de tensao e corrente . . . . . . . . . . 67

5.1 Curvas de corrente por tensao com variacao da incidencia solar. . . . . . 69

5.2 Curvas de corrente por tensao com variacao de temperatura . . . . . . . 70

5.3 Curvas de potencia por tensao com variacao da radiacao solar . . . . . . 71

5.4 Algoritmo de MPPT no rastreamento da maxima potencia . . . . . . . . 71

5.5 Sistema de rastreamento de maxima potencia . . . . . . . . . . . . . . . 72

5.6 Modulo de 10 Watts conectado ao sistema de MPPT . . . . . . . . . . . 72

A.1 Esquematico da placa de controle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81A.2 Esquematico da serigrafia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

A.3 Esquematico do sensor de coleta de dados . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

A.4 Esquematico da serigrafia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82


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LISTA DE TABELAS

Pag.

3.1 Dados painel fotovoltaico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4.1 Especificacoes do Projeto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.2 Caractersticas do MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

5.1 Resultados experimentais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73


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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

a-Si Silcio AmorfoC CapacitanciaC CarbonoC1 Capacitor do conversorCC-CC Corrente continua Para Corrente ContinuaCdTe Telureto de Cadmio

CIGS Disseleneto de Cobre, Indio e Galio

CIS Disseleneto de Cobre e Indio

CPV Concentrated PhotovoltaicD Duty cycleD1 Diodo do conversorDSSC Dye-Sensitized Solar CellEc Eficiencia do conversor CC-CCfs Frequencia de chaveamentoG IrradianciaGAOP Ganho do amplificador operacionalGv Ganho de tensao do conversorGe GermanioI0 corrente na cargaID Corrente que passa pelo diodoIpainel Corrente na sada do moduloIph Corrente gerada pela radiacao solarIpv Corrente na sada do moduloIrp Corrente na resistencia paralelaK Constante de BoltzmamKc Coeficiente de ondulacao de tensao no capacitorKi Coeficiente de corrente e temperaturaKL Coeficiente de ondulacao de corrente no indutorKv Coeficiente de tensao e temperatura

L IndutanciaL1 Indutor no conversorm-Si Silcio MonocristalinoMOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect TransistorMPP Ponto de Maxima PotenciaMPPT Maximum Power Point Trackingn Constante de idealidade do diodoNs Numero de celulasOPV Organic Photovoltaic


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Pc Potencia entregue para a cargaPin Potencia de entrada no conversorP0 Potencia de sada do coversor

Ppv Potencia produzida na sada do modulo fotovoltaicoPs Valor de maxima potencia simulada computacionalmentep-Si Silcio PolicristalinoP&O Pertubacao e ObservacaoPWM Pulse width modulationRds Resistencia drain-source do MOSFETRth Resistencia de TheveninRp Resistencia paralela do dispositivo fotovoltaicoRs Resistencia serie do dispositivo fotovoltaicoRz Carga do conversor

Si SilcioST D Standard test conditionsT Temperatura do moduloTon Perodo em nvel alto do sinal PWMtf Tempo de queda do MOSFETtr Tempo de subida do MOSFETTs Perodo total do sinal PWMT1 MOSFET do conversorVc Tensao na cargaVDS Tensao drain-source do MOSFETVGS Tensao gate-source do MOSFETVin Tensao de entrada do conversorVmax Amplitude do sinal PWMVpv Tensao de sada do modulo fotovoltaicoVth Tensao de TheveninV0 Tensao na carga do conversorWp Watt-picoW/m2 Watt por metro quadradoZin Impedancia de entrada do conversor Variacao


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CAPITULO 1

INTRODUCAO

1.1 Matriz Energetica: Cenario Atual

Algumas das principais fontes de energia, no cenario mundial, sao de origem

nao renovavel, tais como: carvao mineral, petroleo, gas natural e combustveis nu-

cleares. A tecnologia para geracao de energia a partir de materias primas como estas

esta consolidada no mundo, e por isso apresentam grande eficiencia e elevada capa-

cidade de geracao de energia. Entretanto, a utilizacao de combustveis fosseis esta

associada a diversos impactos negativos no meio ambiente, principalmente a libera-

cao de gases de efeito estufa alem de possuir o inconveniente de ser fonte limitada e

nao renovavel de obtencao de energia (RIBEIRO, 2011).

Tais aspectos indesejados eram tolerados uma vez que nao existiam alterna-

tivas efetivas para a matriz energetica. Contudo, com o aumento do preco do carvao

e derivados do petroleo ao longo das ultimas decadas e com o avanco da tecnologia

no desenvolvimento de metodos para obtencao de novas formas de energia, as fontes

renovaveis ganharam espaco e vem conseguindo aumento expressivo na composicao

da matriz energetica mundial nos ultimos anos.

Segundo Azevedo(2015) no perodo de 2000 a 2013 a demanda global por

energia cresceu 38%, sendo o crescimento mais acentuado para o carvao, 70%, em

especial por causa da China, e menos acentuado para o petroleo, 17%. A utilizacao

de energias renovaveis teve um aumento expressivo neste perodo, alcancando um

aumento de 81% na producao de energia por estas fontes, com destaque para solar,

14000%, eolica, 2000%, e biocombustveis, 622%.

A Figura1.1((BP),2014) apresenta os dados percentuais das principais fontesde geracao de energia que compoem a matriz energetica mundial. A participacao das

energias renovaveis subiu de 7% para 9,3%, mas a participacao das fontes fosseis

permaneceu estavel em 86%, isso porque a oferta de energia nuclear caiu 4% e a

proporcao na matriz energetica global caiu de 6,3 para 4,4%.

23


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(a) 2000 (b) 2013

Figura 1.1 - Matriz energetica mundial em 2000 e 2013

A utilizacao da energia fotovoltaica obteve um crescimento expressivo nos

ultimos anos e tem conseguido aumentar sua representatividade na matriz energetica

global. A energia solar fotovoltaica e agora, depois de hidraulica e eolica, a terceira

mais importante fonte de energia renovavel em termos de capacidade instalada a

nvel mundial.

De 1995 a 2013 a producao mundial de energia solar fotovoltaica aumentou

mais de 200 vezes, passando de 0,6 gigawatts (GW) para mais de 120 GW. Se a

producao de energia fotovoltaica mantiver um ritmo de dobrar a capacidade insta-

lada a cada 3 anos, a crise energetica da humanidade poderia ser equacionada em

ate 30 anos. Conforme mostrado na Figura1.2, no cenario normal, com ausencia de

apoio do poder publico a capacidade instalada chegaria a 284 GW em 2017 (isto

seria o equivalente a 20 usinas de Itaipu). Com apoio do poder publico, a capaci-

dade instalada poderia chegar a 419 GW (equivalente a 30 usinas de Itaipu) (ALVES,

2014).

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Figura 1.2 - Cenario da capacidade instalada com e sem politicas publicas.

Os cenarios ate 2017 indicam uma continuidade do crescimento exponencial

e variam segundo a perspectiva que segue o crescimento normal dos ultimos anos

ou a perspectiva com apoio das polticas publicas que pode acelerar o ritmo de

crescimento da energia solar(ALVES, 2014).

O custo dos sistemas fotovoltaicos e, ainda hoje, um grande desafio para a

industria e o principal empecilho para a difusao dos sistemas fotovoltaicos em larga

escala. No entanto, a tecnologia fotovoltaica esta se tornando cada vez mais compe-titiva, em razao, tanto de seus custos decrescentes, quanto dos custos crescentes das

demais formas de producao de energia (PINHO; GALDINO, 2014a).

Estudo realizado pelo Instituto Ideal em 2014 mostra que o custo dos modulos

solares ainda representa a maior parte dos gastos na implantacao de um sistema

fotovoltaico. Apesar de apresentar uma queda em relacao as estimativas feitas nos

ultimos anos, o preco para obter a energia fotovoltaica aqui no Brasil ainda e superior

ao praticado em outros pases. Ainda segundo a pesquisa realizada pelo Instituto

Ideal, o custo de um sistema fotovoltaico conectado a rede e constitudo pela Figura

1.3.

Enquanto na Alemanha, o preco de cada watt pico (Wp) instalado para

sistemas de ate 3 kWp era 1,76 Euro (R$ 5,286) em 2013, no Brasil o Wp para

sistemas ate 5 kWp custava em media R$ 8,69. Porem a variacao do preco para

sistemas de ate 5 kWp praticado no Brasil pelas empresas entrevistadas ainda e

grande (R$ 5,6/Wp a R$ 15/Wp). Mesmo assim, e importante ressaltar que 85%

dos sistemas fotovoltaicos instalados estao entre R$ 5/Wp e R$ 10/Wp. informa o

25


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Figura 1.3 - Custo de um sistema fotovoltaico conectado a rede.

estudo O mercado brasileiro de geracao distribuda fotovoltaica em 2013.

A eficiencia media de conversao obtida pelos celulas comerciais esta proxima

de 14%, celulas fabricadas com silcio monocristalino podem atingir uma eficiencia

por volta de 25% enquanto aquelas fabricadas com silcio amorfo possuem uma

eficiencia em torno de 10% (ENERPOINT,2015).

Nos ultimos anos tem surgido varios estudos para encontrar novos metodos emateriais que aumentem a taxa de conversao das celulas fotovoltaicas e que tambem

diminua o custo final da celula que e um dos principais fatores que limitam o avanco

desta tecnologia de obtencao de energia atualmente. Entre as novidades que surgiram

com a busca por novos materiais que aproveitem o efeito fotovoltaico para gera cao

de energia eletrica, estao a construcao de celulas a partir de materiais organicos e

pelo processo de multijuncao.

As celulas solares de silcio ou, mais genericamente, de semicondutores inor-

ganicos tem um limite teorico de eficiencia de 30%. Como esse limite esta prestes aser alcancado, os pesquisadores tem apostado na construcao de celulas solares multi-

juncao, caminho similar ao adotado pela industria de semicondutores, que passaram

a fabricar processadores multinucleos depois que se tornou inviavel aumentar a ve-

locidade dos processadores individuais por causa do aquecimento. Uma celula solar

multijuncao recentemente atingiu a marca de 44,7% de eficiencia. Entre as celulas

produzidas com material organico a eficiencia esta em torno de 10%, o que mostra

que ha muito espaco para melhorias tecnologicas (SEKI et al., 2013).

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1.2 Objetivos Gerais

Os objetivos gerais deste trabalho sao: estudos, simulacoes e projetos

utilizando-se das tecnicas que fazem o rastreamento da maxima potencia extrada

de um painel fotovoltaico, visando melhor aproveitamento da energia gerada na im-

plementacao de sistemas fotovoltaicos.

1.3 Objetivos Especficos

Desenvolvimento de uma rotina computacional, para levantar as curvas

de corrente por tensao variando a radiacao, corrente por tensao variando

a temperatura, potencia por tensao variando a radiacao e o algoritmo de

MPPT e simular o comportamento do modulo fotovoltaico escolhido para

o sistema.

Estudo comparativo das tecnicas MPPT mais utilizadas, visando escolher

a mais eficiente e que melhor se adapta ao sistema proposto.

Projetar os elementos de um conversor CC-CC, que aliado a um algoritmo

de MPPT faca o rastreamento da maxima potencia.

Projetar um sistema micro controlado para realizar a aquisicao de dadosdo sistema e executar o algoritmo que realiza o controle sobre o conversor

CC-CC.

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CAPITULO 2

TECNOLOGIAS PARA APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR

FOTOVOLTAICA

2.1 Energia Fotovoltaica

A principal forma de conversao da energia proveniente do sol em energia

eletrica se realiza atraves do efeito fotovoltaico, e a unidade fundamental onde ocorre

esse processo se denomina celula fotovoltaica.

O sistema fotovoltaico e constitudo por bloco gerador, bloco de condiciona-

mento de potencia e, opcionalmente, bloco de armazenamento, como mostrado nafigura2.1.O bloco gerador contem os paineis fotovoltaicos, constitudos por modu-

los fotovoltaicos em diferentes associacoes, o cabeamento eletrico que os interliga

e a estrutura de suporte. O bloco de condicionamento de potencia pode ter con-

versores CC-CC, seguidor de maxima potencia, inversores, controladores de carga

(se houver armazenamento) e outros dispositivos de protecao, supervisao e controle.

Finalmente, o bloco de armazenamento e constitudo por acumuladores eletricos

(baterias) e outras formas de armazenamento (PINHO; GALDINO, 2014b).

Figura 2.1 - Sistema Fotovoltaico

2.1.1 Radiacao Solar

A radiacao solar e uma fonte de energia com muita influencia nos processos

atmosfericos. As variacoes de radiacao sao fundamentais nos processos atmosfericos

e terrestres podendo alterar a temperatura a superfcie, o perfil da taxa vertical de

aquecimento e a circulacao atmosferica (NASCIMENTO,2004).

29


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um campo eletrico devido aos eletrons do silcio tipo N que ocupam os vazios da

estrutura do silcio tipo P. Ao incidir luz sobre a celula fotovoltaica, os fotons chocam-

se com outros eletrons da estrutura do silcio fornecendo energia e transformando-osem condutores. Devido ao campo eletrico gerado pela juncao P-N, os eletrons sao

orientados e fluem da camada P para a camada N (BLAABJERG et al.,2004).

Na Figura2.2(GOETZBERGER; HOFFMANN,2005) visualiza-se o encapsula-

mento de uma celula com suas camadas positivas e negativas do semicondutor e

os contatos superiores e de base os quais permitem a conexao da estrutura a um

circuito eletrico externo.

Figura 2.2 - Estrutura de uma celula solar.

2.2.2 Tipos de celulas

As principais tecnologias aplicadas na producao de celulas e modulos foto-

voltaicos sao classificadas em tres geracoes. A primeira geracao e dividida em duas

cadeias produtivas: silcio monocristalino (m-Si) e silcio policristalino (p-Si), que

representam mais de 85% do mercado, por ser considerada uma tecnologia con-solidada e confiavel, e por possuir a melhor eficiencia comercialmente disponvel,

podendo chegar a 30%. A segunda geracao, comercialmente denominada de filmes

finos, e dividida em tres cadeias produtivas: silcio amorfo (a-Si), disseleneto de

cobre e ndio (CIS) ou disseleneto de cobre, ndio e galio (CIGS) e Telureto de cad-

mio (Cdte). Esta geracao apresenta menor eficiencia do que a primeira e tem uma

modesta participacao do mercado, competindo com a tecnologia c-Si3. Existem difi-

culdades associadas a disponibilidade dos materiais, vida util, rendimento das celulas

e, no caso do cadmio, sua toxidade, que retardam a sua utilizacao em maior escala.

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34/96

A terceira geracao, ainda em fase de pesquisa e desenvolvimento, teste e producao

em pequena escala, e dividida em tres cadeias produtivas:

i celula fotovoltaica multijuncao e celula fotovoltaica para concentracao

(CPV - Concentrated Photovoltaic)

ii celulas sensibilizadas por corante (DSSC- Dye-Sensitized Solar Cell)

iii celulas organicas ou polimericas (OPV- Organic Photovoltaics)

A tecnologia CPV, por exemplo, demostrou ter um potencial para a producao de

modulos com altas eficiencias, embora o seu custo ainda nao seja competitivo com

as tecnologias que atualmente dominam o mercado (PINHO; GALDINO, 2014a).

2.2.3 Associacoes de dispositivos fotovoltaicos

Dispositivos fotovoltaicos podem ser associados em serie ou em paralelo, de

forma a se obter os nveis de corrente e tensao desejados. Tais dispositivos podem

ser celulas, modulos ou arranjos fotovoltaicos.

Modulo fotovoltaico pode ser definido como sendo a unidade basica de gerador

fotovoltaico formada por um conjunto de celulas solares, interligadas eletricamente

e encapsuladas, com o ob jetivo de gerar energia eletrica.

A Figura2.3(CARNEIRO, 2010) ilustra um modulo solar com a configuracao

de celulas solares ligadas em serie.

Figura 2.3 - Representacao de um modulo fotovoltaico.

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35/96

Um modulo pode ser constitudo por um conjunto de 36 a 216 celulas fotovol-

taicas associadas em serie ou paralelo, associacao esta que depende dos parametros

eletricos (tensao, corrente e potencia) mais adequadas a aplicacao que o modulo sedestina.

Na conexao em serie, o terminal positivo de um dispositivo fotovoltaico e

conectado ao terminal negativo do outro dispositivo, e assim por diante. Para dispo-

sitivos identicos e submetidos a mesma irradiancia, quando a ligacao e em serie, as

tensoes sao somadas e as correntes eletricas individuais de cada elemento sao iguais.

Na associacao em paralelo, os terminais positivos dos dispositivos sao interligados

entre si, assim como os terminais negativos. Nessa configuracao as correntes eletricas

sao somadas, permanecendo inalterada a tensao.

Os arranjos ou paineis sao constitudos por um conjunto de modulos asso-

ciados eletricamente em serie ou paralelo, de forma a fornecer uma sada unica de

tensao e corrente. A Figura2.4exemplifica o detalhamento do painel fotovoltaico.

Figura 2.4 - Detalhamento de um painel fotovoltaico.

A associacao em serie permite obter tensoes mais elevadas, mantendo a cor-

rente estipulada. Ligacao em paralelo e utilizada quando o objetivo e obter correntes

mais elevadas e manter o nvel de tensao estipulado. O sistema misto permite a va-

riacao tanto da corrente quanto da tensao.

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2.2.4 Diodos de desvio (by-pass)

Diodos de desvio sao geralmente utilizados para evitar eventuais avarias que

possam ocorrer em modulos fotovoltaicos associados em serie. Esses diodos servem

como um caminho alternativo para a corrente e limita a dissipacao de calor na celula

encoberta.

Os diodos de desvio sao geralmente inseridos nas caixas de conexoes dos

modulos e conectados em antiparalelo com um conjunto de celulas em serie, entre

15 e 30 celulas por diodo. A protecao ocorre porque, com o diodo de desvio, a

corrente eletrica possui um caminho alternativo em relacao a celula sombreada que

fica inversamente polarizada, atuando assim como uma resistencia eletrica. A Figura2.5(PINHO; GALDINO,2014a) mostra o esquema de ligacao dos diodos de desvio no

modulo solar.

Figura 2.5 - Esquematico ilustrando a ligacao dos diodos de desvio em um modulo fotovoltaico.

2.2.5 Diodo de bloqueio

O diodo de bloqueio tem a funcao de impedir o fluxo de corrente de um

conjunto serie com tensao maior para um com tensao menor.

Em sistemas que utilizam armazenamento, o diodo de bloqueio tambem pode

ser utilizado para impedir descargas noturnas das baterias, pois a noite os modulos

podem conduzir uma corrente reversa, que, apesar de pequena, contribui para a

descarga das baterias.

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2.3 Circuito eletrico equivalente do painel fotovoltaico

Nesta secao o objetivo e desenvolver um modelo matematico para representar

o comportamento de um dispositivo fotovoltaico.

No modelo matematico e preciso considerar as condicoes adversas de operacao

de um painel. Uma vez consideradas neste modelo, e possvel simular variacoes no

nvel de incidencia solar, na temperatura e nas propriedades sazonais das estacoes

do ano.

O modelo matematico utilizado corresponde ao diodo unico, proposto em

Villalva et al.(2009),Femia et al.(2012). Atraves desse modelo e possvel simular o

comportamento do modulo fotovoltaico a partir de dados fornecidos pelo fabricante.

Na Figura2.6e mostrado o circuito eletrico equivalente para uma celula fotovoltaica.

Figura 2.6 - Modelo eletrico de uma celula fotovoltaica

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Neste circuito equivalente, IL representa a corrente gerada pela radiacao so-

lar,ID a corrente que passa pelo diodo, VD indica a tensao que o diodo esta subme-

tido,Irp representa a corrente que esta passando pela resistencia paralelaRpeIpainelindica a corrente que esta na sada do painel a qual passa atraves da resistencia serie

Rs.

Usando a Lei de Kirchoff das correntes para o circuito da Figura2.6tem-se:

Iph = ID+ Irp+ Ipainel (2.1)

Logo, a corrente eletrica Ipainel de interesse e dada por:

Ipainel = Iph Irp ID (2.2)

A corrente gerada pela radiacao solar pode ser modelada atraves da seguinte

equacao:

Iph = (Ipvn + KiT) G

GSTC(2.3)

Na equacao (2.3) o T significa a diferenca entre a temperatura atual do

sistema fotovoltaico e a temperatura em condicoes padroes (T=25C) e oG significa

o nvel de intensidade solar atual que o sistema esta submetido. O Ipvn e dado por

(2.4).

Ipvn = [Rp+ Rs

RpIsc] (2.4)

A corrente do diodo e formulada atraves de (2.5), onde VD e a tensao sobre

o diodo, n e a constante de idealidade do diodo.

ID =Is(e(VDnVt

) 1) (2.5)

O valor de Vt e encontrado atraves de (2.6)

Vt =kT

q (2.6)

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Com k sendo a constante de Boltzman e igual a 1, 381023 JK

, Ta tempe-

ratura em Kelvin do sistema e qa carga do eletron (1, 6 1019C). A corrente de

saturacao reversa pode ser encontrada atraves de (2.7)

Is=Isc+ ki(dT)

eq(Voc+kv(dT))

Ns+k+T

(2.7)

Para solucao das equacoes, e necessario determinar os parametros incognitos

Rs e Rp que nao sao fornecidos pelo fabricante. Atraves de Rs e Rp e possvel fazer

o pico da curva P xVdo modelo coincidir com o pico experimental no ponto (Vmp,

Imp) fornecido pelo fabricante. A equacao (2.1) e sucessivamente resolvida ate que

a condicao potencia maxima do modelo igual a potencia maxima experimental sejasatisfeita. A logica consiste em existir um unico ponto, correspondente a um unico

valor de Rs, que satisfaca a condicao Pmax,modelo=Vmp Imp.

O codigo de modelagem eletrica do modulo fotovoltaico se encontra em de-

talhes no apendice B

2.4 Principais parametros de um dispositivo fotovoltaico

As folhas de dados disponibilizadas pelos fabricantes fornecem as especifica-coes tecnicas dos principais parametros de um modulo solar considerando a condicao

padrao de teste (standard test conditionou STC), definida pela norma IEC 61215.

Esses dados de placa sao referentes a irradiancia incidente total de 1000W/m2, com

uma distribuicao espectral conhecida como massa de ar 1.5 (air mass1.5 ou AM

1.5) e temperatura das celulas de 25 C (SEGUEL,2009). Estes parametros tambem

conhecidos como condicoes nominais sao detalhados a seguir:

Corrente de curto-circuito (Isc): e o valor maximo de corrente de carga.

Igual, portanto, a corrente correspondente ao efeito fotovoltaico.

Tensao de circuito aberto (Voc):E o maximo valor da tensao nos terminais

do modulo fotovoltaico, quando nenhuma carga esta conectada a ele.

Ponto de maxima potencia (MPP): Em um modulo fotovoltaico, para

dada condicao solar, so existe um ponto na curva I-V onde a potencia maxima pode

ser alcancada. Este ponto corresponde ao produto da tensao de potencia maxima e

corrente de potencia maxima.

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Tensao de maxima potencia (Vmp): Corresponde a tensao no ponto de

maxima potencia.

Corrente de maxima potencia (Imp): corresponde a corrente no ponto

de maxima potencia.

Na Figura2.7 observa-se uma curva caracterstica de um dispositivo fotovol-

taico com os principais parametros fornecido pelos fabricantes.

Figura 2.7 - Curva caracterstica de um dispositivo fotovoltaico e seus principais parametros

2.5 Rastreamento do ponto de maxima potencia

Um modulo fotovoltaico e uma fonte nao linear de geracao de energia eletrica.

De acordo com as condicoes climaticas do local (nvel de radiacao solar e tempera-

tura) e da carga conectada na sada do dispositivo fotovoltaico este pode operar em

um ponto de baixa eficiencia de geracao.

A tecnica de rastreamento do ponto de maxima potencia e usada para fazer

com que fontes de energia com caractersticas nao lineares trabalhem no ponto de

potencia maxima, resultando assim, em melhoria na transferencia de energia para a

carga. Um controlador MPPT tem o objetivo de maximizar a energia proveniente de

um painel fotovoltaico. Este sistema de rastreamento analisa as variaveis de entrada

tensao, corrente, temperatura e nvel de irradiancia do painel, para encontrar o ponto

ideal de operacao com maior eficiencia (FONSECA,2008).

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O maior desafio dos metodos de MPPT esta em sua capacidade de operar

em situacoes nas quais o sistema fotovoltaico apresenta multiplos pontos locais de

maxima potencia, ocasionadas por iluminacao nao homogenea e diferencas de tem-peratura ao longo do painel, diferencas fsicas e mal funcionamento de algum modulo

fotovoltaico (VILLALVA; GAZOLI,2012).

2.5.1 Condutancia incremental

Condutancia incremental e uma das tecnicas mais utilizadas em sistemas

fotovoltaicos. A Figura 2.8 apresenta o funcionamento baseando-se no fato de a

soma da condutancia instantanea IV

e da condutancia incremental IV

ser nula no

ponto de maxima potencia, negativa em um ponto a direita do ponto de maximapotencia e positiva a esquerda deste ponto, tal como se pode verificar pela equacao

(2.8).

Devido a rudos e alguns outros erros a condicao de soma das condutancias

e difcil de ser nula, define-se entao uma condicao que garanta um valor proximo

de zero comparando o seu modulo com um valor positivo muito pequeno (CURRAL,

2012).

dP

dV =

d(V I)

dV =I+ V

dI

dV =I+ V

I

V =

I

V +

I

V (2.8)

Figura 2.8 - Tecnica de MPPT utilizando condutancia incremental

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2.5.2 Metodo da tensao constante

A tensao no painel fotovoltaico e da ordem de 70% a 80% da tensao em

circuito aberto (Voc) para o valor padrao de irradiacao solar, podendo considerar

que nos pontos de MPP, a tensao nos terminais varia muito pouco com as mudancas

atmosfericas, mesmo quando a intensidade da irradiacao solar se altera (CARVALHO,

2012).

Se o circuito de controle garantir que a tensao de sada no modulo permaneca

constante, e possvel operar proximo do MPP. Isso e realizado com uma malha

fechada em tensao, conforme Figura 2.9 (BRITO et al., 2010). O metodo necessita

apenas de um sensor de tensao (BRITO et al.,2010).

Figura 2.9 - Fluxograma do metodo da tensao constante.

2.5.3 Metodo da perturbacao e observacao (P&O)

Este metodo de busca baseia-se no seguinte procedimento: perturba-se a ten-

sao operante nos terminais do modulo em determinado sentido e avalia se ha aumento

ou diminuicao na potencia gerada. Se houver aumento na potencia, deve-se manter

a perturbacao no mesmo sentido, caso contrario, inverte-se o sentido da perturbacao

(FEMIA et al.,2012). O termo perturbacao citado acima se refere a um pequeno valor

de tensao definido como V. Este e somado ou subtrado da tensao operante nomodulo solar com objetivo de percorrer a curva caracterstica do modulo. Assim,

um valor de corrente e de tensao e encontrado que entrega a maxima potencia a

carga. A Figura2.10(BRITO et al.,2010) apresenta o fluxograma de funcionamento

do algoritmo. Quando o ponto de maxima potencia e alcancado, a tensao do painel

oscila continuamente em torno deste.

Observa-se que o metodo P&O pode ser melhorado atraves da variacao do

passo de incremento da razao cclica do conversor, de forma a otimizar a busca

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pelo MPP. Quando o passo e variavel o metodo e denominado de P&O modificado

(INGEGNOLI; IANNOPOLLO,2010).

Figura 2.10 - Fluxograma do metodo de perturba e observa.

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2.6 Modulacao PWM

PWM e a abreviacao dePulse Width Modulationou modulacao por largura

de pulso, consiste na comparacao de dois sinais de tensao, um de baixa frequencia

(referencia) e outro de alta frequencia (portadora), resultando em um sinal alternado

com frequencia fixa e largura de pulso variavel (ANICETO, 2010).

Em todas as topologias de conversores CC-CC, a variacao do ciclo de trabalho

no chaveamento e responsavel pelo controle do valor da tensao de sada com relacao

a entrada.

O ciclo de trabalhoD define a largura do pulso, mais especificamente o ciclo

de trabalho e a relacao entre o tempo que o sinal permanece em nvel altoTon e o

perodo do sinal Ts. A modulacao por largura de pulso nos fornece uma valor medio

do sinal que pode ser calculado atraves de (2.11).

D=Ton

Ts(2.9)

Ts= Ton+ Toff (2.10)

V alorMedio= DVmax (2.11)

A Figura2.11demonstra o comportamento do valor medio de acordo com a variacao

do ciclo de trabalho do sinal PWM

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Figura 2.11 - Sinal PWM com variacao do ciclo de trabalho

2.6.1 Modulador

Circuito responsavel em comparar o sinal referencia com a portadora. A

largura de pulso na sada do modulador varia de acordo com a amplitude do sinal

de referencia em comparacao com o sinal portador. Tem-se assim a modulacao por

largura de pulso PWM. Na Figura 2.12tem-se um exemplo de circuito modulador

PWM.

Figura 2.12 - Geracao do sinal modulado

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As formas de onda nas entradas e sadas do comparador para um conversor

CC-CC apresentadas na Figura2.13.Atraves do grafico pode-se concluir que o fator

que determina a razao cclica D e a amplitude da tensao de referencia.

Figura 2.13 - Comparacao dos sinais de entrada e sada

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e liso (sem ondulacao), que por meio de chaveamento de um MOSFET ou IGBT,

e capaz de fornecer um valor preestabelecido de tensao eletrica contnua para a

carga, com ou sem inversao de polaridade e de valor maior ou menor que o valor datensao eletrica da fonte de alimentacao do circuito. Em virtude desse chaveamento

eletronico o conversor e tambem denominado de fonte chaveada.

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CAPITULO 3

ANALISE E MODELAGEM MATEMATICA DO SISTEMA

Nesse captulo, sao desenvolvidas as modelagens para os calculos dos compo-

nentes passivos integrantes do conversor CC-CC e em seguida realiza-se um estudo

sobre seu funcionamento e sua funcao no rastreamento do ponto de maxima po-

tencia. E feita uma analise das principais caractersticas do modulo fotovoltaico em

estudo e uma abordagem da logica de processamento do algoritmo de MPPT.

3.1 Analise do conversor de topologia BOOST

A Figura3.1ilustra a topologia tpica do circuito eletrico do conversor CC

do tipo BOOST.

Figura 3.1 - Circuito do conversor Boost

O funcionamento do circuito consiste em:

Quando o transistor T1 satura, uma corrente circula pelo indutor L1 e ar-

mazena energia no campo magnetico deste. Neste momento, o diodo D1 fica rever-

samente polarizado, nao fornecendo corrente a carga. Quando o transistorT1 corta,

o diodoD1 conduz uma corrente, resultante do potencial da fonte Vine do potencial

armazenado no campo magnetico de L1 e assim, a energia armazenada no indutor e

transferida para a cargaRse ao capacitorC1. Essa corrente deve ser capaz de repor

a carga perdida pelo capacitor C1 durante a conducao do transistor T1 e manter a

corrente na sada. Durante a conducao do transistor T1, o capacitor C1 fornece a

corrente a carga Rs e deve manter a tensao de sada sem grandes variacoes; caso o

contrario, a ondulacao de tensao na sada sera alta (ARRABACA; GIMENEZ,2013).

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Durante o perodo de conducao do transistor T1, o circuito equivalente do

conversor e representado na Figura 3.2, enquanto no perodo de nao conducao o

circuito correspondente e mostrado na Figura3.3.

Figura 3.2 - Circuito eletrico equivalente do conversor BOOST quando a chave esta fechada

Figura 3.3 - Circuito eletrico equivalente do conversor BOOST quando a chave esta aberta

Na Figura3.4e possvel visualizar as principais formas de ondas dos elemen-

tos constituintes do conversor durante o seu funcionamento em regime permanente.

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Figura 3.4 - Formas de ondas do circuito boost em operacao

3.1.1 Modelagem matematica

Como o valor medio da tensao eletrica no indutor e nulo, e possvel igualar a

area sob a curva positiva com a area sob a curva negativa detalhada na Figura3.4 e

assim efetuar o calculo da relacao entre entre Vo e Vin. Onde Vin determina o valor

da tensao de entrada,V0 o valor da tensao de sada,D e o duty cycle, Ts e o perodo

do sinal PWM.

VinDTs= (Vin V0)(1 D)Ts (3.1)

V0 = Vin1 D

(3.2)

Gv = V0Vin

= 1

1 D (3.3)

D=V0 Vin

V0(3.4)

A ondulacao de corrente no indutor e formulada a partir da equacao carac-

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terstica do indutor. Durante a primeira etapa de operacao do circuito BOOST, a

tensao eletrica no indutor VL(t) e igual aVin. Considerando queiL(0) e igual aILmin

e IL(DTs) e igual a ILmax, pode-se obter o valor de IL, de acordo com equacao(3.5).

iL(t) = 1

L

t0

(vin)dt + iL(0) (3.5)

iL(t) =Vin

L t + iL(0) (3.6)

IL= iLmax iLmin=DVin

fsL (3.7)

O calculo do indutor e realizado atraves do rearranjo de (3.7), isolando oLna

referida formula. Considerando que a porcentagem de ondulacao (KL) da corrente

no indutor (IL) esta entre 0 e 1, entao IL =KLIL.

L= DVinILfs (3.8)

Quando o transistor esta conduzindo, o capacitor fornece a corrente (I0) para

carga por um tempo t= t1. A corrente media no capacitor (IC) durante o tempo t1

e IC = I0 e a ondulacao de tensao do capacitor, de pico a pico, e

VC= 1

C

t10

ICdt= 1

C

t10

I0dt=I0t1

C (3.9)

Da equacao3.4pode-se escrever

t1=V0 Vin

V0fs(3.10)

Substituindo t1 em3.9, obtem-se

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Substituindo (3.3) e (3.16) em (3.17):

Zin =

V2inRz

V20 =Rz(1 D)2

(3.18)

A fonte de tensao Vin enxerga o conversor CC-CC como uma resistencia

variavel R, inversamente proporcional ao ciclo de trabalho, exemplificado na figura

3.5.

Figura 3.5 - Resistencia enxergada pela fonte

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3.3 Teorema de Thevenin

O Teorema de Thevenin afirma que, do ponto de vista de qualquer par de

terminais, um circuito linear pode sempre ser substitudo por uma fonte de tensao

com resistencia interna. O objetivo se resume em identificar a tensao, a corrente ou

a potencia na sada dos terminais do circuito.

Este teorema indica que todo circuito pode ser reduzido a dois elementos

apenas, constitudo globalmente uma fonte de tensao com resistencia interna. O

conjunto de componentes Vth e Rth e designado por equivalente de Thevenin do

circuito, como exemplificado na figura3.6.

Para se calcular o equivalente de Thevenin e necessario coletar dois parame-

tros do circuito analisado, que sao as grandezas de tensao de circuito aberto (Voc) e

corrente de curto circuito (Isc) (DORF; SVOBODA, 2003).

(a) Fonte linear (b) Equivalente de Thevenin

Figura 3.6 - teorema de thevenin

3.4 Teorema da maxima transferencia de potencia

Este teorema diz que a maxima transferencia de potencia da fonte para uma

cargaRLocorre quando a carga e igual a resistencia equivalente de Thevenin, Figura

3.7.

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3.5.1 Efeitos da variacao da irradiancia e da temperatura nas caracte-

rsticas eletricas do modulo

A temperatura e a radiacao solar sao os dois principais fatores que influenciam

na producao de energia dos modulos fotovoltaicos (GNOATTO et al.,2004). A eficiencia

do modulo e prejudicada com o aumento da temperatura devido ao aumento das

resistencias internas do dispositivo fotovoltaico. Quando a temperatura varia de

forma positiva, com a incidencia solar constante, a tensao de sada do modulo sofre

uma diminuicao enquanto a corrente permanece aproximadamente no mesmo valor.

3.6 Teste do rastreador de MPPT

Como abordado na secao 3.4 a maximizacao da transferencia de potencia

da fonte para carga ocorre quando esta carga possui resistencia igual a resistencia

equivalente Thevenin da fonte.

Apesar de o modulo fotovoltaico nao ser uma fonte linear, para cada con-

dicao de nvel de radiacao solar e temperatura existe uma resistencia de Thevenin

equivalente que pode ser calculada pela razao de Voc (Tensao de circuito aberto) e

Isc (corrente de curto circuito).

Pode-se realizar o rastreamento da maxima potencia manualmente, neces-

sitando apenas ajustar o valor exato da resistencia de carga que coincida com a

resistencia de Thevenin calculada para o ponto de operacao determinado.

Pelo fato do ponto de operacao do modulo ser bastante variavel ao longo do

dia, a tecnica de rastrear a maxima transferencia de potencia manualmente se torna

bastante trabalhosa e pouco eficiente, pois na maioria do tempo o painel estar a fora

de seu ponto de maxima eficiencia.

Considerando uma condicao padrao de teste, a resistencia de Thevenin para

essa placa e calculada pela razaoVoc,std(tensao de circuito aberto) eIsc,std (corrente

de curto circuito) Rth= 21.8/0.64 = 34.

Com uma carga de 34 conectada diretamente na sada do painel a transfe-

rencia de potencia e maxima e ele opera na maxima eficiencia para esta condicao.

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3.6.1 Algoritmo de MPPT proposto

O algoritmo proposto tem o objetivo de extrair a maxima potencia do painel

nas condicoes em que ele se encontra. Atraves de sucessivas interacoes o algoritmo

analisa parametros do modulo solar e executa criterios de decisao ate chegar apro-

ximadamente no ponto de maxima eficiencia.

O codigo implementado pode ser classificado como sendo do tipo perturbacao

e observacao de passo duplo. A tensao procuradaVpv na sada do painel fotovoltaico

e perturbada nas interacoes por um passo que assume dois valores, um durante o

ajuste grosso e outro no ajuste fino e o seu efeito na potencia de sada do modulo

e avaliado. Na Figura 3.8(BRITO et al., 2010) e mostrado o fluxograma do metodoproposto.

Figura 3.8 - Fluxograma do metodo de perturba e observa.

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3.6.2 Variaveis de programacao e descricao do algoritmo

As seguintes variaveis foram definidas para a execucao do codigo:

Inc - Passo no ciclo de trabalho do conversor afim de ajustar a tensao ideal

na sada do painel.

P - Variavel que armazena a diferenca entre a potencia atual e a potencia

anterior.

F- Flag utilizado para permitir o funcionamento do algoritmo mesmo quando

ha bruscas variacoes do nveis de radiacao solar ou da temperatura.

A tensao procurada na sada do modulo fotovoltaico Vpv e perturbada pela

variavel Inc. Para cada mudanca Vna tensao procuradaVpv, a corrente de sada

Ipv fornecida pelo modulo e medida. Com a obtencao desses valores, a potencia de

sada P =VpvIpv pode ser calculada e memorizada.

Uma nova perturbacao na tensao e aplicada e esse procedimento e repetido

enquanto o valor absoluto da diferenca entre duas medidas consecutivas de potencia,

p(n1) e p(n) foi maior que o limiar definido para o algoritmo e a nova potencia

p(n) for maior que a potencia anterior p(n1). Nessas condicoes o algoritmo esta

realizando o ajuste grosso, atuando na parte ascendente da curva de potencia.

Quando o valor absoluto da diferenca entre duas medidas consecutivas de

potencia for menor que o limiar entao o MPP estara compreendido no intervalo

entre os pontos de potencia p(n) ep(n1) da curva de potencia. O ajuste fino segue

a mesma logica descrita acima so que com um valor da perturbacao menor.

Quando em uma interacao, em uma determinada curva de potencia, a po-

tencia p(n) for menor que p(n 1), ha duas possibilidades:

1 caso: O ponto correspondente a p(n) passou para uma nova curva de

potencia, em decorrencia de uma variacao brusca na radiacao solar.

2 caso: O ponto correspondente a p(n) esta na parte descendente da curva

de potencia.

Para diferenciar o primeiro do segundo caso, e conseguir a convergencia do

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algoritmo de busca do MPP, e empregado um controle pelo flag.

Se a condicaop(n)< p(n1) ocorrer apenas uma vez durante duas interacoes

consecutivas, entao F= 1. Nesse caso ocorreu uma mudanca de curva. O algoritmo

prossegue com mesmo passo Inc.

Se a condicao p(n)< p(n 1) ocorrer duas vezes em interacoes consecutivas

entaoF = 2. Nesse caso os pontos de potencia estao na parte descendente da curva.

O passo Inc muda de sinal e diminui seu passo pela metade.

3.7 Coleta de dados

Para determinar o comportamento do modulo fotovoltaico em determinadoponto de operacao, e necessario ter disponvel duas informacoes importantes, que

sao a temperatura e a radiacao solar que o dispositivo esta submetido.

Os dados de temperatura foram obtidos atraves de um sensor termopar e a

radiacao solar foi aferida atraves do medidor comercial SOLAR POWER METER

TES 1333 mostrado na Figura3.9. Os testes de campo foram realizados durante a

primeira semana de agosto deste ano apresentando nveis de radiacao solar suficientes

para verificar a eficiencia do sistema de MPPT.

Figura 3.9 - Sensor de radiacao solar

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CAPITULO 4

PROJETO DOS CIRCUITOS E COMPONENTES ELETRONICOS

Neste captulo sao desenvolvidos os projetos dos principais circuitos eletro-

nicos de controle e aquisicao de dados do dispositivo responsavel pelo MPPT. Sao

apresentados os calculos para o correto dimensionamento de componentes e sistemas

que integram o prototipo de rastreamento da maxima transferencia de potencia.

4.1 Projeto do rastreador de maxima potencia

O prototipo desenvolvido possui basicamente 6 modulos principais, que sao:

Modulo de geracao de energia: Representado pelo modulo solar de potencia

de 10 Watts.

Sistema microcontrolado: Responsavel por gerenciar a transferencia de po-

tencia e rastrear o ponto de maxima eficiencia.

Modulo de aquisicao de dados: Composto por sensores de tensao e corrente.

Conversor de potencia CC-CC: Atuador para o sistema microcontrolado,

realizando o casamento de impedancia entre o modulo fotovoltaico e a

carga.

Modulo gate driver: Responsvel pela ativacao do MOSFET.

Modulo de carga: Conectada ao sistema.

A Figura4.1 mostra de forma simplificada o esquematico do prototipo im-

plementado.

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Figura 4.1 - Esquematico do rastreador de MPPT

4.2 Projeto do conversor

Para o dimensionamento do conversor de potencia e considerada como con-

dicao limite de maxima potencia disponvel uma radiacao incidente de 1000 W/m2

e uma temperatura no modulo igual a 25 C. Para essa condicao tem-se que

Vmax = 17.3V, Imax= 0.59A e uma potencia maxima de 10, 2W.

No intuito de realizar um monitoramento do rastreamento da maxima po-

tencia optou-se por uma associacao serie de duas lampadas de 5 watts com tensao

nominal de 24 volts para desempenhar a funcao de carga para o conversor CC/CC.

A tabela4.1mostra as especificacoes iniciais do projeto.

Tabela 4.1 - Especificacoes do Projeto

Tensao de entrada - Vin 18VTensao de sada - V0 36VFrequencia de chaveamento - fs 10 kH zResistencia de carga - Rz 230Ondulacao de corrente no indutor - il 10%

Ondulacao de tensao de sada - V0 0.1%

O ciclo de trabalho para a tensao de sada definida para o projeto e calculado

atraves da equacao3.4,resultando em

60


63/96

D=V0 Vin

V0=

3618

36 = 0, 5 (4.1)

Considera-se que a potencia de sada e a mesma que a potencia de entrada

no intuito de calcular a corrente media no indutor (corrente de entrada). A corrente

media na carga e dada por:

I0 = V0Rz

= 36

230= 0, 15A (4.2)

Da igualdade de potencia:

VinIL= V0I0 (4.3)

IL=36.0, 15

18 = 0.3A (4.4)

A indutancia e obtida a partir da equacao da equacao (3.8)

L= DVinILfS

= DVinKLILfs

= 0, 5.18

0, 1.0, 3.10000= 30mH (4.5)

Atraves da equacao (3.13) encontra-se o valor da capacitancia:

C= DI0Kcf V0

= 0, 5.0, 15

0, 01.10000.36= 20, 83F (4.6)

Levando em consideracao os valores dos componentes disponveis comerci-

almente e materiais no almoxarifado do IFG, para a construcao do prototipo sao

utilizados um indutor de 33mHe um capacitor de 470F com tensao de 60 V.

No processo de escolha do MOSFET deve-se ter em conta a tensao e corrente

de entrada e tambem o balanco entre as perdas por conducao e as perdas durante a

comutacao. As perdas em um Mosfet, quando empregado em um conversor estatico,

sao analogas as perdas de um transistor bipolar, ou seja, uma parcela e associada

61


64/96

as perdas por conducao e outra as perdas pela comutacao (ANICETO, 2010). Para

este pro jeto e escolhido o MOSFET IRF540 do fabricante, Vishay Siliconix, com as

caractersticas apresentadas na tabela4.2.

Tabela 4.2 - Caractersticas do MOSFET

VDS 100VRds(ON)() VGS= 10V | 0, 077

tr 44nstf 43ns

Considerando que o painel fotovoltaico esta a funcionar no ponto de potencia

maxima, o valor das perdas instantaneas de conducao do Mosfet e:

Pcond=I2.RDS(on)= 0, 6

2.0, 077 = 27mW (4.7)

Para as perdas durante a passagem ao estado de conducao temos:

PTr.cond=I.VDS.tr.fs

2 =

0, 6.100.44.109.5000

2 = 6, 6mW (4.8)

Para as perdas durante a passagem ao estado de corte temos:

PTr.corte=I.VDS.tf.fs

2 =

0, 6.100.43.109.5000

2 = 6, 5mW (4.9)

Portanto as perdas totais no mosfet sao de 40,1 mW.

4.3 Gate driver para o MOSFET

Como a sada PWM do microcontrolador nao possui uma tensao suficiente

para o funcionamento correto do MOSFET ha a necessidade de se construir um

driver para elevar a amplitude do sinal PWM para 9V. Na Figura 4.2 visualiza-

se o circuito responsavel por elevar a amplitude do sinal de PWM para um nvel

adequado para o MOSFET.

62


65/96

Figura 4.2 - Driver do sinal PWM

4.4 Projeto do sistema microcontrolado

Para executar a rotina de MPPT o microcontrolador tem que possuir algumasconfiguracoes basicas, como:

Conversor AD para leitura das grandezas analogicas do sistema (tensao e

corrente);

Modulo de geracao de sinal PWM para o controle do conversor CC/CC;

Pinos digitais disponveis para conexao de uma IHM para mostrar infor-

macoes importantes do sistema.

O microcontrolador PIC16F876A atende aos requisitos basicos descritos

acima e possui um preco acessvel de acordo com o orcamento do projeto. Por estes

motivos o microcontrolador PIC16F876A da microchip e escolhido para realizar o

gerenciamento do sistema.

A Figura4.3mostra o esquematico do sistema microcontrolado, onde e pos-

svel visualizar as portas de entradas analogicas e sada de sinal PWM e o display

de lcd 16x2 conectados no microcontrolador.

63


66/96

Figura 4.3 - Esquematico do sistema microcontrolado

4.5 Projeto dos sensores de coleta de dados

Uma maneira simplificada de medir corrente e atraves de um resistor de

pequeno valor (shunt) lendo a queda de tensao proporcional a corrente que passa

por ele.

No projeto usou-se um resistor de 1 colocado em serie ao circuito para

funcionar como sensor de corrente. Como a corrente maxima do sistema e 0.6A

e prefervel aplicar um ganho no sinal antes de envia-lo para o microcontrolador.

Usou-se o amplificador operacional LM358 para dar um ganho de 5, 7 vezes no sinal.

A figura4.4 mostra o esquema de um amplificador operacional nao inversor.

Neste circuito, o sinal e amplificado e mantem a mesma polaridade do sinal

64


67/96

Figura 4.4 - Esquematico de um AOP nao inversor

de entrada. O controle do ganho deste circuito depende da rela cao entre R2 e R1 e

e determinado da seguinte forma:

GAOP = 1 +R2

R1

(4.10)

Levando em consideracao a corrente maxima do sistema, valores de resistores

disponveis comercialmente e o limite de tensao de entrada do AD, temos;

G= 1 +4700

1000= 5, 7 (4.11)

Para elaborar um sensor de tensao usou-se a teoria de divisor de tensao afim

de adequar essa gradeza a ser medida no sistema em um valor suportavel pela portaanalogica.

Da teoria de divisor de tensao tem-se que:

Vout = R2VinR1+ R2

(4.12)

Para garantir uma margem de seguranca o sensor foi projetado para receber

65


68/96

Figura 4.5 - Divisor de tensao

uma tensao de ate 50V em sua entrada gerando na sua sada uma tensao menor que

o limite suportado pelo conversor AD do microcontrolador.

De (4.12) tem-se que:

Vout= 470.50

4700 + 470= 4, 54V (4.13)

Os sensores de corrente e tensao sao projetados para trabalhar em conjunto

formando assim a placa de aquisicao de dados mostrada mais detalhadamente na

Figura4.6.

66


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Figura 4.6 - Circuito para a leitura dos sinais de tensao e corrente

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71/96

CAPITULO 5

RESULTADOS

Neste captulo e apresentado as simulacoes computacionais do modulo fo-

tovoltaico, o prototipo do rastreador de MPPT e os resultados obtidos atraves de

simulacoes computacionais e experimentos praticos.

Na Figura 5.1 visualiza-se o comportamento do modulo frente a variacoes

da radiacao solar, enquanto na Figura5.2visualiza-se o comportamento do modulo

frente a variacoes de temperatura, percebendo-se o efeito da elevacao da temperaturana tensao de sada produzida pelo painel.

Figura 5.1 - Curvas de corrente por tensao com variacao da incidencia solar

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72/96

Figura 5.2 - Curvas de corrente por tensao com variacao de temperatura

Na Figura5.3 e mostrado as curvas de potencia para uma temperatura de

25

C com variacoes nos nveis de incidencia solar.

Os graficos simulados computacionalmente mostram que, a alteracao na ra-

diacao interfere diretamente na corrente do modulo e a alteracao na temperatura

gera variacao na tensao do modulo. Ainda analisando os graficos acima podemos

perceber que na figura5.3o ponto de maxima potencia esta praticamente no mesmo

ponto de tensao.

Na Figura5.4visualiza-se o comportamento do codigo mostrado no apendice

Cdurante o rastreamento da maxima potencia para variados nveis de radiacao solar.

O prototipo do rastreador do ponto de maxima potencia esta montado em

um suporte de madeira onde foram fixado os modulos principais do sistema descritos

detalhadamente na secao4.1.

O painel solar e o sistema de rastreamento sao mostrados nas Figuras 5.5e

70


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Figura 5.3 - Curvas de potencia por tensao com variacao da radiacao solar

Figura 5.4 - Algoritmo de MPPT no rastreamento da maxima potencia

5.6. Onde A indica o sistema microcontrolado que gerencia a aquisicao de dados e

executa o algoritmo de rastreamento, B e C indicam,respectivamente , a tensao e

corrente na sada do modulo, D representa o bloco onde esta localizado a fonte de

alimentacao do sistema microcontrolado e o driver do MOSFET, E localiza-se os

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sensores de tensao e corrente utilizados no sistema microcontrolado, F representa o

conversor CC-CC BOOST e G representa o modulo de carga.

Figura 5.5 - Sistema de rastreamento de maxima potencia

Figura 5.6 - Modulo de 10 Watts conectado ao sistema de MPPT

72


75/96

O teste de eficiencia do sistema de MPPT para encontrar o ponto de ma-

xima potencia para placa solar de 10 Watts e realizado comparando os valores de

potencia encontrado pelo sistema de rastreamento e o valor esperado obtido atravesde simulacao computacional.

A variavel G representa o nvel de radiacao solar incidente no momento da

coleta de dados. A variavel T indica o valor de temperatura na superfcie do modulo

solar. Vpv, Ipv e Ppv representam respectivamente a tensao, corrente e potencia na

sada do modulo fotovoltaica. Ps mostra o valor gerado pela simulacao computaci-

onal de MPPT para a potencia maxima esperada do respectivo ponto de operacao

(temperatura e radiacao solar) do dispositivo fotovoltaico. Vc,Ic,Pc indicam respec-

tivamente a tensao, corrente e potencia na carga conectada na sada do conversorCC/CC.Ec fornece o valor da eficiencia do conversor em entregar a potencia gerada

pelo modulo solar para a carga. Pd indica o percentual da potencia dissipada no

conversor e nos instrumentos de medida.

A Tabela5.1mostra os dados coletados com o sistema de rastreamento do

ponto de maxima potencia.

Tabela 5.1 - Resultados experimentais

G T Vpv Ipv Ppv Ps Vc Ic Pc Ec Pd(W/m2) ( C) (V) (A) (W) (W) (V) (A) (W) (%)

400 43 16, 3 0, 2 3, 26 3, 65 30, 3 0, 08 2, 42 0, 74 26450 44 15, 5 0, 24 3, 72 4, 11 31, 6 0, 08 2, 52 0, 67 33450 44 15, 5 0, 25 3, 87 4, 23 32, 8 0, 09 2, 95 0, 76 24470 42 15, 0 0, 27 4, 05 4, 35 33, 4 0, 09 3, 0 0, 74 26480 44 16, 8 0, 23 3, 86 4, 59 32, 9 0, 09 2, 96 0, 77 23500 46 16, 3 0, 25 4, 07 4, 74 34, 1 0, 09 3, 07 0, 75 25530 46 16, 0 0, 27 4, 32 5, 02 34, 7 0, 09 3, 12 0, 72 28

550 44 15, 4 0, 29 4, 46 5, 24 35, 4 0, 09 3, 19 0, 72 28580 46 15, 5 0, 3 4, 65 5, 47 36, 0 0, 09 3, 24 0, 7 30590 47 15, 3 0, 31 4, 74 5, 53 36, 0 0, 09 3, 24 0, 69 31610 47 16, 2 0, 3 4, 86 5, 71 36, 5 0, 09 3, 28 0, 67 33620 47 16, 5 0, 3 4, 95 5, 79 36, 7 0, 09 3, 3 0, 66 34650 49 16, 5 0, 31 5, 11 6, 01 38, 06 0, 09 3, 42 0, 67 33720 50 16, 5 0, 33 5, 44 6, 61 39, 0 0, 1 3, 9 0, 71 29890 46 17, 0 0, 39 6, 63 8, 27 44, 0 0, 1 4, 4 0, 66 34

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CAPITULO 6

CONCLUSAO

Um sistema de MPPT e indispensavel em uma aplicacao de geracao de energia

fotovoltaica. Atraves de um conversor BOOST so se consegue rastrear a maxima

potencia de um modulo fotovoltaico se a resistencia de carga conectada na sada do

conversor for maior que a resistencia de Thevenin do modulo fotovoltaico no referido

ponto de operacao.

A temperatura e um fator que afeta consideravelmente a eficiencia de produ-

cao do modulo fotovoltaico.

E possivel realizar o calculo da eficiencia do sistema de MPPT em localizar

o ponto de maxima transferencia de potencia comparando as colunas Ppv e Ps da

Tabela5.1.

Da analise da Tabela5.1, nota-se que mais de 20 % da energia gerada pelo

modulo solar foi perdida durante a transferencia para a carga, sendo dissipada no

conversor CC/CC e nos instrumentos de medidas. Ha a necessidade de melhorias no

projeto do conversor CC/CC como por exemplo um estudo mais detalhado sobre o

projeto do indutor e o aperfeicoamento ou novas tecnicas para projetar o sistema de

instrumentacao, substituindo os sensores de corrente que utilizam um resistor shunt

para leitura dos dados por sensores baseados em efeito Hall.

Durante o desenvolvimento deste projeto houve a oportunidade de se aplicar

varios conteudos teoricos abordados no ambiente academico, como exemplo o em-

prego de conceitos de calculos numericos na resolucao de equacoes e na modelagem

do comportamento do modulo solar, conceitos de sistemas microcontrolados durante

o projeto do sistema de controle do MPPT e aplicacao da teoria de eletronica depotencia durante o projeto e fabricacao do conversor CC/CC.

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ANEXO A

DataSheet do Modulo Fotovoltaico

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APENDICE A

Esquema das placas de controle e coleta de dados do sistema de MPPT

Figura A.1 - Esquematico da placa de controle

Figura A.2 - Esquematico da serigrafia

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Figura A.3 - Esquematico do sensor de coleta de dados

Figura A.4 - Esquematico da serigrafia

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APENDICE B

Programa para simulacao do painel

1 Voc=21.8;

2 Isc=0.64;

3 Vmp=17.3;

4 Imp=0.59;

5 kv = -0.0036; %Voltage/temperature coefficient [V/K]

6 ki = 0.0005;

7 ns=36;

8 PmpE=Vmp*Imp;

9 k=1.3806503E-23; %constante de Boltzmann

10 q=1.60217646E-19; %carga do eletro

11 a1=1; %fator de idealidade do dodo

12 Tstc=25 +273.15;

13 T=25+273.15;

14 Gstc=1000;

15 G=1000;

16 %Corrente de saturao inversa

17 I0=(Isc+ki*(T-Tstc))/(exp(q*(Voc+kv*(T-Tstc))/(ns*k*T*a1))-1);

18 %Inicializao de valores das resistncias

19 Rp=Vmp/(Isc-Imp)-(Voc-Vmp)/Imp;

20 Rs=0;

21 %Inicializao do erro

22 error=1;

23 %Vetor de valores de tenso

24 V=[0:0.01:Voc];

25 sizeV=length(V);

26 % Inicializao de vetor de valores de corrente

27 % e tenso com o mesmo tamanho que V

28 I=[1:sizeV];

29 P=[1:sizeV];

30 %valor de tolerncia

31 smallpositive=1e-6;

32 while(abs(error)>smallpositive)

33 %corrente gerada pela radiao

34 Iph=((Rp+Rs)/Rp)*Isc;

35 %corrente no dodo no ponto de potncia mxima

36 Id1mp=I0*(exp(q*(Vmp+Imp*Rs)/(ns*k*T*a1))-1);

37 %clculo de Rp

38 Rp=Vmp*(Vmp+Imp*Rs)/(Vmp*(Iph-Id1mp)-PmpE);

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39 %Mtodo de Newton para achar corrente para todos os valores de V

40 j=1;

41 while(jsizeV)

42 f=1;

43 while(abs(f)>smallpositive)

44 Id1=I0*(exp(q*(V(j)+I(j)*Rs)/(ns*k*T*a1))-1);

45 f=Iph-Id1-V(j)/Rp-I(j)*Rs/Rp-I(j);

46 fline=-I0*Rs*q/(a1*ns*k*T)*exp((V(j)+I(j)*Rs)*q/(a1*ns*k*T))-Rs/Rp-1;

47 I(j)=I(j)-f/fline;

48 P(j)=V(j)*I(j);

49 end;

50 j=j+1;

51 end;

52 %Erro de potncia

53 error=max(P)-PmpE

54 %Incremento de Rs caso erro seja maior que a tolerncia

55 if(abs(error)>smallpositive)

56 Rs=Rs+0.001;

57 end;

58 end;

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APENDICE C

Algoritmo de MPPT

1 Tac=25;%temperatura ambiente

2 V=0.05;% Variao na tenso do painel

3 f=0; % Inicializa o flag

4 M=2;

5 tic % inicia o timer

6 interacao(x)=x;% Acumula a quantidade de interaes executadas

7 Vpv(x)=16;%tenso de sada inicial do painel fotovoltaico

8 dc(x)=12/Vpv(x);% calculo do duty cycle

9 Vr=Vpv(x);

10 solar % rotina que simula o painel deve estar no mesmo diretrio

11 %I0(x)=x2(1)/dc(x);% Calcula o valor da corrente na sada do ...

conversor

12 I0(x)=x2(1);

13 Ppv(x)=Vpv(x)*I0(x)

14 % Calcula o segundo valor de potencia de sada para o PV

15 x=x+1;% incrementa x

16 interacao(x)=x;% Acumula a quantidade de interaes executaddas

17 Vpv(x)=Vpv(x-1)+V;% Incrementa Vpv do valor de V

18 dc(x)=12/Vpv(x);% calculo do duty cicle

19 Vr=Vpv(x);

20 solar

21 I0(x)=x2(1);


23 y2=y2+1;

24 while (abs(Ppv(x)-Ppv(x-1))>0.0001)

25 if (abs(Ppv(x)-Ppv(x-1))Ppv(x))

27 V= -(V/(2*M));

28 x=x+1;

29 interacao(x)=x;

30 Vpv(x)=Vpv(x-1)+V;

31 Vr=Vpv(x);

32 mpptsolar2

33 I0(x)=x2(1);

34 Ppv(x)=Vpv(x)*I0(x);

35 else

36 V=V/(2*M);

37 x=x+1;

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38 interacao(x)=x;


40 Vr=Vpv(x);

41 mpptsolar2

42 I0(x)=x2(1);

43 Ppv(x)=Vpv(x)*I0(x);

44 end

45 else

46 x=x+1;

47 interacao(x)=x;


49 Vr=Vpv(x);

50 mpptsolar2

51 I0(x)=x2(1);


53 if (Ppv(x-1)>Ppv(x))

54 f=f+1;

55 if(f==2)

56 V=-V;

57 f=0;

58 V=V/M;

59 disp(V);

60 end

61 end

62 end

63 end

64 end

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APENDICE D

Algoritmo de MPPT em Linguagem C

1 #include

2 #device ADC=10;

3 #fuses HS, NOWDT, NOPROTECT, NOPUT, NOBROWNOUT, NOLVP

4 #use delay (clock=20000000)

5 float (float v1, float v2)

6 {

7 float valor;

8 valor= v1 - v2 ;

9 return valor;

10 }

11 long AD (int CANAL) // funo usada para ler entrada analgica

12 {

13 int16 auxiliar;

14 setup_adc_ports(ALL_ANALOG); //Habilita todas as analgicas

15 setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);//Configurao do clock do ...

conversor AD

16 set_adc_channel(CANAL); //Congigurao do canal do conversor AD

17 delay_us(50); //Tempo para selecionar canal lido

18 auxiliar = read_adc(); //Faz a leitura e armazena na varivel ...

AUXILIAR

19 return(auxiliar); //Retorna valor analgico lido

20 }

21 main ()

22 {

23 float tensao,corrente, _p, potencia, aux1, aux2, pot_ante, ...

pot_atual,_inc, _inc2;

24 long pwm;

25 int f;

26 _inc= 18;

27 _inc2=5;

28 pwm=0;

29 f=0;

30 pot_ante=0;

31 setup_ccp1(CCP_PWM);

32 setup_ccp2(CCP_PWM);

33 setup_timer_2(T2_DIV_BY_4, 255, 1);

34 set_pwm1_duty(pwm);


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36 delay_ms(5);

37 aux1= ad(0);

38 tensao= aux1*(0.004883);

39 tensao= tensao*(11.25);

40 delay_ms(5);

41 aux2= ad(1);

42 corrente=aux2*(0.004883);

43 corrente=corrente*(0.1656);

44 pot_ante=pot_atual;

45 pot_atual=tensao*corrente;

46 _p= (pot_atual, pot_ante);

47 while (1)

48 {


50 if ( _p < 0.03 )

51 {

52 aux1= ad(0);

53 tensao= aux1*(0.004883);


55 delay_ms(5);

56 aux2= ad(1);

57 corrente=aux2*(0.004883);



60 if (pot_ante> pot_atual )

61 {

62 pwm= pwm - _inc2;



65 delay_ms(250);

66 aux1= ad(0);

67 tensao= aux1*(0.004883);


69 delay_ms(25);

70 aux2= ad(1);

71 corrente=aux2*(0.004883);


73 delay_ms(25);




77 }

78 if (pot_atual> pot_ante )

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91/96

79 {

80 pwm= pwm + _inc2;



83 delay_ms(250);

84 aux1= ad(0);

85 tensao= aux1*(0.004883);


87 delay_ms(25);

88 aux2= ad(1);

89 corrente=aux2*(0.004883);


91 delay_ms(25);




95 }

96 }

97 pwm= pwm + _inc;



100 delay_ms(300);

101 aux1= ad(0);

102 tensao= aux1*(0.004883);


104 delay_ms(25);

105 aux2= ad(1);

106 corrente=aux2*(0.004883);


108 delay_ms(25);




112 printf(lcd_putc," \f Pat %1.2f", pot_ante);

113 if (pot_ante> pot_atual)

114 {

115 f=f+1;

116 if (f==2)

117 {

118 _inc=(_inc);

119 _inc= - _inc;

120 f=0;

121 }

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122 }

123 }

124 }

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ENERPOINT.The photovoltaic cell. jul. 2015. Disponvel em:

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Rastreamento Do Ponto de Máxima Potência de Um Painel Fotovoltaico

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