Algoritmo de Seguimento do Ponto de Máxima Potência Global para Inversores Solares Multistring em Condições de Sombreamento Parcial

Authors

  • Claudio J. O. Júnior Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT), Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP), Uberlândia - MG, Brasil
  • Lucas P. Pires Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT), Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP), Uberlândia - MG, Brasil
  • Luiz C. Freitas Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT), Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP), Uberlândia - MG, Brasil
  • Ernane A. A. Coelho Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT), Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP), Uberlândia - MG, Brasil
  • Luiz C. G. Freitas Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT), Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP), Uberlândia - MG, Brasil
  • Danillo B. Rodrigues Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM), Departamento de Engenharia Elétrica (DEE), Uberaba - MG, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2018.2.2761

Keywords:

Extração de Energia Independente, Sistema Fotovoltaico, Sombreamento Parcial

Abstract

Neste trabalho são apresentadas duas estratégias para melhorar o aproveitamento na geração de energia solar a partir de um sistema fotovoltaico. A primeira delas trata-se da utilização de um inversor solar multistring, composto por duas strings fotovoltaicas conectadas a conversores CC-CC Boost para extração de energia de forma independente. Esses são dotados de algoritmos de MPPT P&O clássicos. A segunda estratégia consiste na utilização de um algoritmo especificamente criado para detecção do ponto global de máxima potência. A utilização de uma estrutura multistring tem como objetivo mitigar o efeito negativo causado pelos sombreamentos parciais (devido a sujeiras nos painéis solares, falta de manutenção especialmente em lugares onde o acesso é difícil e sombreamentos causados por objetos nas proximidades) e, com o algoritmo criado, cada conversor é capaz de extrair a máxima potência disponível de sua respectiva string, mesmo sob condições de sombreamento parcial e variações de irradiação solar. Finalmente, são apresentados os principais resultados experimentais para validação da teoria exposta.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Claudio J. O. Júnior, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT), Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP), Uberlândia - MG, Brasil

nascido em Uberlândia - MG em 1991, é Engenheiro Eletricista (2014), mestre (2017) pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU) e atualmente cursando doutorado na mesma instituição, no Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP). Suas áreas de interesse incluem conversores CC-CC, inversores solares e sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica.

Lucas P. Pires, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT), Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP), Uberlândia - MG, Brasil

nascido em Catalão – GO em 1992, possui bacharel em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM) no ano de 2014. Desenvolveu seus estudos de mestrado no NUPEP (Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência) da Universidade Federal de Uberlândia (UFU) em 2016 na área de inversores Eletrôn. Potên., Joinville, v. 23, n. 2, p. 182-192, abr./jun. 2018 192 bidirecionais. Atualmente faz parte do mesmo núcleo desenvolvendo seu estudo de doutorado na área de inversores fotovoltaicos de baixo custo. Seus principais interesses envolvem estudos de microrredes CC e sistemas fotovoltaicos conectados e desconectados da rede elétrica.

Luiz C. Freitas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT), Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP), Uberlândia - MG, Brasil

nascido em Monte Alegre (MG), em 1952, é engenheiro eletricista (1975) pela Universidade Federal de Uberlândia - Faculdade de Engenharia Elétrica (UFU-FEELT, Uberlândia / MG) mestre (1985) e doutor (1992) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina – Instituto de Eletrônica de Potência (UFSCINEP), Florianópolis (SC). Atualmente é professor titular da Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT) da UFU, Bolsista de Produtividade em Pesquisa 1B do CNPq, vinculado ao Núcleo de Eletrônica de Potência (NUPEP) da mesma Universidade. Possui 54 artigos publicados em periódicos nacionais e internacionais, e mais de 200 artigos publicados em conferências relacionados ao desenvolvimento de conversores CC-CC, CC-CA e CA-CC com comutação suave e retificadores multipulsos. Orientou 20 dissertações de mestrados e seis teses de doutorado como orientador principal. Desde 1996 é pesquisador com bolsa de produtividade em pesquisa do CNPq. O professor Luiz Carlos de Freitas publicou no PESC’92, no APEC’93, no PESC’93 e na IEEE Transactions on Power Electronics - janeiro/1995, a evolução de células de comutação suave que promovem a entrada e saída de condução de interruptores com tensão zero, as quais têm sido amplamente utilizadas em pesquisas relativas à Eletrônica de Potência desde então.

Ernane A. A. Coelho, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT), Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP), Uberlândia - MG, Brasil

nascido em Teófilo Otoni, Minas Gerais, em 1962, é engenheiro eletricista (1987) pela Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, mestre (1989) pela Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis e doutor (2000) pela Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte. Atualmente é professor associado 2 da Faculdade de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Uberlândia, vinculado ao Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP), Uberlândia, Minas Gerais. Sua área de atuação envolve inversores PWM, paralelismo de inversores, correção do fator de potência e novas tecnologias usando controle digital.

Luiz C. G. Freitas, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT), Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP), Uberlândia - MG, Brasil

nascido em Uberlândia - MG em 1976, é engenheiro eletricista (2001), mestre (2003) e doutor (2006) pela Universidade Federal de Uberlândia - Faculdade de Engenharia Elétrica (UFU - FEELT). Atualmente é professor associado da Faculdade de Engenharia Elétrica da UFU, vinculado ao Núcleo Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP), e bolsista de Produtividade em Pesquisa 2 do CNPq. Sua área de atuação é eletrônica de potência e suas áreas de interesse incluem qualidade da energia elétrica, correção ativa do fator de potência, técnicas de comutação não dissipativa, conversores CC-CC e CA-CC, inversores, retificadores híbridos, técnicas de controle utilizando DSP e aplicações da eletrônica de potência em sistemas de geração distribuída. Em 2012 recebeu o Prize Paper Award from IEEE-IAS-Industrial Automation and Control Committee por sua contribuição no desenvolvimento de retificadores híbridos.

Danillo B. Rodrigues, Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM), Departamento de Engenharia Elétrica (DEE), Uberaba - MG, Brasil

nascido em Uberlândia (MG), em 1986, é engenheiro eletricista (2011), mestre (2013) e doutor (2016) pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU). Atualmente é professor adjunto da Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM) e pesquisador colaborador do Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência da UFU (NUPEP). Suas áreas de interesse incluem retificadores híbridos e técnicas de controle digitais em conversores utilizados para mitigação de conteúdos harmônicos de corrente e compensação de afundamentos de tensão.

References

H. BS, Budiyanto, R. Setiabudy, "Review of Microgrid Technology", in International Conference on QiR (Quality in Research), pp. 127-132, 2013.

E. B. Pereira, F. R. Martins, S. L. Abreu, R. Rüther, Atlas Brasileiro de Energia Solar, 1ª ed., São José dos Campos, 2006.

International Energy Agency, "Technology Roadmap -Solar Photovoltaic Energy", 2014.[Online]. Disponível: https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapSolarPhotovoltaicEnergy_2014edition.pdf. [Acesso em 2017].

A. Ingegnoli, A. Iannopollo, "A Maximum Power Point Tracking algorithm for stand-alone Photovoltaic systems controlled by low computational power devices", in15th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference (MELECON), pp. 1522-1527, 2010.https://doi.org/10.1109/MELCON.2010.5476262 DOI: https://doi.org/10.1109/MELCON.2010.5476262

G. Escobar, C. N. M. Ho e S. Pettersson, "Maximum power point searching method for partial shaded PV strings", in 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society (IECON),pp. 5726-5731, 2012.https://doi.org/10.1109/IECON.2012.6389049 DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2012.6389049

K. S. M. Raza, H. Goto, O. Ichinokura, H.-J. Guo, "An Improved and Very Efficient MPPT Controller for PV Systems subjected to Rapidly Varying Atmospheric Conditions and Partial Shading", in Australasian Universities Power Engineering Conference (AUPEC),2009.

N. A. Bader, H. A. Khaled, J. F. Stephen, W. W. Barry, "A Maximum Power Point Tracking Technique for Partially Shaded Photovoltaic Systems in Microgrids", IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol. 60, nº 4, pp. 1596-1606, Abril 2013.https://doi.org/10.1109/TIE.2011.2168796 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2011.2168796

K. Chen, S. Tian, Y. Cheng, L. Bai, "An Improved MPPT Controller for Photovoltaic System Under Partial Shading Condition", IEEE Transactions on Sustainable Energy, vol. 5, nº 3, pp. 978-985, 2014.https://doi.org/10.1109/TSTE.2014.2315653 DOI: https://doi.org/10.1109/TSTE.2014.2315653

M. Boztepe, F. Guinjoan, G. V. Quesada, S. Silvestre, A. Chouder, E. Karatepe, "Global MPPT Scheme for Photovoltaic String Inverters Based on Restricted Voltage Window Search Algorithm", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 61, nº 7, pp. 3302-3312, 2014.https://doi.org/10.1109/TIE.2013.2281163 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2013.2281163

M. E. Basoglu, B. Çakir, "Experimental Evaluations of Global Maximum Power Point Tracking Approaches in Partial Shading Conditions" in IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe), 2017.https://doi.org/10.1109/EEEIC.2017.7977529 DOI: https://doi.org/10.1109/EEEIC.2017.7977529

E. Winter, D. N. Micha, N. Y. Klein, M. P. Pires, P. L. Souza, "Simulation of InGaAs/InGaP Multiple Quantum Well Systems for Multijunction Solar Cell", in 32nd Symposium on Microelectronics Technology and Devices (SBMicro), 2017.https://doi.org/10.1109/SBMicro.2017.8112996 DOI: https://doi.org/10.1109/SBMicro.2017.8112996

Y. Okada, Y. Shoji, C.-Y. Hung, D. J. Farrell, T. Sogabe, "High Density Quantum Dot Solar Cells for Concentrating Photovoltaics (CPV)", in IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe), 2017.https://doi.org/10.1109/EEEIC.2017.7977408 DOI: https://doi.org/10.1109/EEEIC.2017.7977408

W. T. Costa, Modelagem, Estimação de Parâmetros e Método MPPT para Módulos Fotovoltaicos. Tese de Doutorado, UFES,Vitória, 2010.

Y.-H. Ji, D.-Y. Jung, C.-Y. Won, B.-K. Lee, J.-W. Kim, "Maximum Power Point Tracking Method for PV Array under Partially Shaded Condition", in IEEE Energy Conversion Congress and Exposition,2009.

P. C. Todd, UC3854 Controlled Power Factor Correction Circuit Design, Texas Instruments Incorporated, 1999.

S. Jain, V. Agarwal, "Comparison of the performance of maximum power point tracking schemes applied to single-stage grid-connected photovoltaic systems", IET Electrical Power Applications, vol. 1, no. 5, pp. 753 -762, August 2007.https://doi.org/10.1049/iet-epa:20060475 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-epa:20060475

S. B. Kjaer, J. K. Pedersen, F. Blaabjerg, "A Review of Single-Phase Grid-Connected Inverters for Photovoltaic Modules", IEEE Transactions on Industry applications, Vol. 41, nº 5, pp. 1292-1306, September/October 2005.https://doi.org/10.1109/TIA.2005.853371 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2005.853371

R. Faranda, S. Leva, V. Maugeri, "MPPT techniques for PV Systems: Energetic and cost comparison", in IEEE Power and Energy Society General Meeting -Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, pp. 1-6, 2008.https://doi.org/10.1109/PES.2008.4596156 DOI: https://doi.org/10.1109/PES.2008.4596156

L. Xie, J. Qi, G. Weng, Y. Zhang, "Multi-level PV Inverter with Photovoltaic Groups Independent MPPT Control", in 17th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS),pp. 829-834,2014.https://doi.org/10.1109/ICEMS.2014.7013599 DOI: https://doi.org/10.1109/ICEMS.2014.7013599

K. Ogata, Engenharia de Controle Moderno, Pearson Education,5ª ed.,2011.

R. C. Dorf, R. H. Bishop, Sistemas de Controle Modernos, LTC, 8ª ed., Rio de Janeiro, 2001.

F. Neves, "Controlador PID digital: Uma modelagem prática para microcontroladores - Parte 1," 2014.[Online]. Disponível: https://www.embarcados.com.br/controlador-pid-digital-uma-modelagem-pratica-para-microcontroladores-parte-1/.[Acesso em 2017].

L. P. Pires, Projeto e Desenvolvimento de um Inversor Solar Ponte Completa Bidirecional para Microrredes CC conectadas à rede CA em baixa tensão. Dissertação de Mestrado, UFU, Uberlândia, 2016.

Downloads

Published

2018-06-30

How to Cite

[1]
C. J. O. Júnior, L. P. Pires, L. C. Freitas, E. A. A. Coelho, L. C. G. Freitas, and D. B. Rodrigues, “Algoritmo de Seguimento do Ponto de Máxima Potência Global para Inversores Solares Multistring em Condições de Sombreamento Parcial”, Eletrônica de Potência, vol. 23, no. 2, pp. 182–192, Jun. 2018.

Issue

Vol. 23 No. 2 (2018)

Section

Original Papers

License

Copyright (c) 2018 Revista Eletrônica de Potência

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC