Uma topologia de sistema fotovoltaico conectado a rede

Resumo

A geração de energia elétrica através de fontes alternativas de energia apresenta um evidente crescimento devido à preocupação com a questão ambiental. Este tema está em presente nas discussões sobre o rumo da matriz energética brasileira e global e direciona pesquisas neste tema. Entre as alternativas na obtenção de energia, a fotovoltaica é uma energia de fácil aproveitamento. Ela é produto direto da conversão de fótons em energia elétrica através do efeito fotoelétrico. Este trabalho insere-se neste contexto, propondo uma topologia de sistema fotovoltaico conectado à rede. A topologia proposta é um arranjo de painéis fotovoltaicos conectados em série controlados por conversores eletrônicos de dois estágios, um estágio com conversor cc/cc e um estágio de conexão à rede através um inversor. Primeiramente, foi realizado um levantamento bibliográfico do modelo do painel fotovoltaico para obtenção dos parâmetros necessários para sua simulação computacional. Na etapa subsequente, foi escolhida a topologia dos conversores e desenvolvido o sistema de controle destes conversores. Na última etapa, foi realizada a simulação computacional do sistema completo. No primeiro estágio do sistema, o conversor boost tem como função a regulação da tensão fotovoltaica visando à operação na região de máxima potência através do controle de tensão do painel. O sistema de controle deste conversor executa um algoritmo de rastreamento de máxima potência e tem como função criar a referência de tensão utilizada no sistema de controle do arranjo fotovoltaico. A interface entre os estágios é feita por um capacitor no barramento cc. No segundo estágio é utilizado um inversor em ponte completa para a conexão do sistema com a rede. Para criar os sinais de modulação, é modelado o inversor utilizando a transformada de Park. O sistema utiliza duas malhas de controle baseadas na potência a ser inserida na rede. A malha interna é responsável pelo controle das correntes do eixo dq0. Como a potência gerada pelo arranjo fotovoltaico é independente, então é necessário garantir o balanço de potência entre os dois estágios inserindo uma malha de controle externa para o controle da tensão do barramento cc. O controle baseia-se na potência processada pelo conversor boost do primeiro estágio e na tensão do barramento ao quadrado. O sincronismo do sistema com a rede é garantido pela utilização de um PLL que identifica o ângulo de fase da rede utilizado nas transformadas de Park. Os resultados de simulação apresentam o bom desempenho do conversor boost como regulador do arranjo fotovoltaico para extração da máxima potência. Observa-se também a rápida e eficiente ação do controle da potência a ser injetada na rede no eixo dq0 e com isso a rápida estabilização em regime permanente. O sistema de controle baseado na potência através do barramento cc mostra-se muito útil, pois age rapidamente na referência de potência usada no controle de corrente dos painéis.