Técnicas de seguimento do ponto de máxima potência para sistemas fotovoltaicos baseadas nos modelos globais não lineares de um e dois diodos

Abstract

Devido à rápida expansão dos sistemas fotovoltaicos na última década, ficou clara a necessidade de localizar o ponto de máxima potência (Maximum Power Point – MPP) para maximizar a energia solar capturada sob várias condições ambientais. Quando todos os módulos de um arranjo fotovoltaico recebem a mesma irradiação solar, técnicas tradi- cionais de seguimento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking – MPPT) podem encontrar facilmente o MPP. Contudo, se os níveis de irradiância nos módulos fotovoltaicos não forem uniformes, encontrar o ponto de máxima potência global (Global Maximum Power Point – GMPP) para esses algoritmos fica inviável, uma vez que estas técnicas podem ficar operando em um máximo local enquanto o sombreamento permanecer. Um sombreamento parcial, que pode ocorrer a partir de nuvens, edifícios ou árvores, por exemplo, exibe na curva potência-tensão um comportamento com múltiplos picos, uma vez que os módulos estão protegidos por diodos de desvio. Dessa forma, muitas aplicações em sistemas FV requerem elevadas velocidades de convergência de GMPP para minimizar perdas de energia. Neste contexto, neste trabalho são propostas duas técnicas que extraem o GMPP de uma curva tensão potência com múltiplos picos. Estas técnicas, são comparadas a técnicas recentes da literatura onde são obtidos resultados comparativos de simulação e experimentais além de terem seus fluxogramas apresentados. Vale salientar que técnicas baseadas em modelo reduzem as perdas de energia, pois têm respostas dinâmicas mais rápidas em comparação as técnicas heurísticas. Portanto, são propostas duas técnicas baseadas em modelo, sendo a técnica de MPCCG válida para séries e arranjos FV e a técnica de MPCCGM válida apenas para séries FV. Enquanto o algoritmo de MPCCG utiliza o modelo de dois diodos e a técnica Híbrida Pattern Search (TH-PS) para estimação de parâmetros a técnica de MPCCGM utiliza o modelo de um diodo reduzindo assim o esforço computacional exigido. Como ambas as técnicas são baseadas em modelo foi proposto um estimador de irradiância, cuja finalidade é estimar a irradiância de cada módulo a um baixo custo. Esse estimador pode servir também como monitoramento de uma usina fotovoltaica (FV), já que pode enviar as informações de irradiância para um computador central via Wi-Fi, pois utiliza para comunicação uma ESP8266. Por fim, após a modelagem do conversor utilizado para condições de MPPT, são fornecidos os resultados dinâmicos de simulações, utilizando o software MA- TLAB, e experimentais, por meio de uma bancada experimental, para várias condições climáticas. Estes resultados mostraram que os algoritmos propostos realizam com preci- são e velocidade o seguimento de GMPP para diversas condições ambientais distintas, obtendo-se elevada eficiência em comparação aos melhores algoritmos selecionados. Tam- bém obteve-se com elevada precisão resultados experimentais do estimador de irradiância proposto. Utilizando um módulo FV real e o piranômetro de um extrator de curva vendido comercialmente encontrou-se um erro médio baixo para medições durante mais de três horas.