Contribuição ao Estudo dos Principais Algoritmos de Extração da Máxima Potência dos Painéis Fotovoltaicos

Moacyr A. G. de Brito; Leonardo P. Sampaio; Guilherme de A. e Melo; Carlos A. Canesin

doi:10.18618/REP.2012.3.592600

Authors

Moacyr A. G. de Brito Universidade Estadual Paulista – UNESP Laboratório de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica Ilha Solteira, São Paulo, Brasil
Leonardo P. Sampaio Universidade Estadual Paulista – UNESP Laboratório de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica Ilha Solteira, São Paulo, Brasil
Guilherme de A. e Melo Universidade Estadual Paulista – UNESP Laboratório de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica Ilha Solteira, São Paulo, Brasil
Carlos A. Canesin Universidade Estadual Paulista – UNESP Laboratório de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica Ilha Solteira, São Paulo, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2012.3.592600

Keywords:

Eficiência Energética, Energia Solar, MPPT Adaptativos, Painéis Fotovoltaicos, Técnicas de MPPT

Abstract

Este artigo apresenta as principais técnicas de extração da máxima potência dos painéis fotovoltaicos (MPPT), realizando extensas comparações no que diz respeito à quantidade de energia extraída em relação à máxima disponível (FR - Fator de Rastreamento), ondulação de potência em regime permanente, respostas dinâmicas e uso de sensores. Através das plataformas MatLab/Simulink® e DSpace, um conversor boost CC/CC foi implementado e conectado a um emulador de painéis solares a fim de verificar apropriadamente cada algoritmo. Os principais resultados experimentais para os métodos convencionais e também para os novos algoritmos desenvolvidos, denominados de IC baseado em PI e P&O baseado em PI, são apresentados. Além disso, a resposta dinâmica e o FR são avaliados através de uma plataforma amigável ao usuário, que é capaz de programar remotamente os simuladores de painéis fotovoltaicos e realizar o cálculo instantâneo do FR. Finalmente, um perfil de insolação diária típica é utilizado para avaliar os principais algoritmos.

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Author Biographies

Moacyr A. G. de Brito, Universidade Estadual Paulista – UNESP Laboratório de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica Ilha Solteira, São Paulo, Brasil

nascido em Andradina (SP), em 1982. É engenheiro eletricista (2005) e mestre (2008) pela Universidade Estadual Paulista – UNESP-FE/IS, em Ilha Solteira (SP). Atualmente, está desenvolvendo projeto de pesquisa de Doutorado em Engenharia Elétrica pela UNESP-FE/IS, desenvolvendo seu trabalho dentro das dependências do Laboratório de Eletrônica de Potência (LEP), desta instituição. Suas áreas de interesse são: reatores eletrônicos para lâmpadas fluorescentes, controle de luminosidade, técnicas de correção ativa do fator de potência, controle digital e conversores CC-CC, uso de DSPs e FPGAs, inversores isolados e em conexão com a rede de distribuição de energia elétrica.

Leonardo P. Sampaio, Universidade Estadual Paulista – UNESP Laboratório de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica Ilha Solteira, São Paulo, Brasil

Possui mestrado em Engenharia Elétrica (Eletrônica de Potência) pela Universidade Estadual Paulista (2010), pelo Laboratório de Eletrônica de Potência- LEP, campus de Ilha Solteira - SP, onde também se graduou em Engenharia Elétrica (2008). Atualmente é pesquisador associado ao LEP. Possui experiência na área de Engenharia Elétrica, atuando nos seguintes temas: aproveitamento de energias alternativas e renovaveis, aplicações para PVs, desenvolvimento de ferramentas educacionais através da linguagem Java para o auxílio ao ensino em Eletrônica de Potência, análise e modelagem de conversores estáticos de potência, desenvolvimento Web com PHP/MySQL, programação em Java, Delphi, Visual Basic, C/C++.

Guilherme de A. e Melo, Universidade Estadual Paulista – UNESP Laboratório de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica Ilha Solteira, São Paulo, Brasil

nascido em Presidente Prudente (SP), em 1976, é engenheiro eletricista (2001), mestre (2006) e doutor (2010) pela Universidade Estadual Paulista – Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira. Atualmente é professor colaborador do Departamento de Engenharia Elétrica (DEE) da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira - UNESP e está associado ao Laboratório de Eletrônica de Potência (LEP). Suas principais áreas de interesse incluem qualidade da energia elétrica, correção ativa do fator de potência, energias renováveis, conversores CC-CC e CA-CC e sistemas de controle digital.

Carlos A. Canesin, Universidade Estadual Paulista – UNESP Laboratório de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica Ilha Solteira, São Paulo, Brasil

nascido em Lavínia (SP), em 1961, é engenheiro eletricista (1984) pela Universidade Estadual Paulista – Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira (UNESP-FE/IS, Ilha Solteira (SP)), mestre (1990) e doutor (1996) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina – Instituto de Eletrônica de Potência (UFSC INEP, Florianópolis (SC)). Atualmente é professor titular do Departamento de Engenharia Elétrica (DEE) da UNESP-FE/IS. Foi editor geral da Revista Eletrônica de Potência (gestão 2003-2004), é editor associado da IEEE Transactions on Power Electronics e ex-presidente da SOBRAEP – Sociedade Brasileira de Eletrônica de Potência (gestão 11/2004 – 10/2006). Suas áreas de interesse incluem técnicas de comutação não-dissipativa, conversores CC-CC, retificadores e inversores, fontes de alimentação chaveadas, aplicações da energia fotovoltaica, reatores para iluminação, técnicas de correção ativa do fator de potência e técnicas modernas de ensino de eletrônica de potência.

References

F. Blaabjerg, A. Consoli, J.A. Ferreira, J.D. van Wyk, "The Future of Electronic Power Processing and Conversion", IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 41, no 1, pp. 3-8, Jan 2005. https://doi.org/10.1109/TIA.2004.841166 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2004.841166

F. Blaabjerg, A. Consoli, J.A. Ferreira, J.D. van Wyk,"The Future of Electronic Power Processing and Conversion", IEEE Trans. Power Electron., vol. 20, no 3, pp. 715-720, May 2005. https://doi.org/10.1109/TPEL.2005.846516 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2005.846516

T. Fang, X. Ruan, C.K. Tse, "Control Strategy to Achieve Input Voltage Sharing and Output Voltage Sharing for Input-Series-Output-Series Connected Inverter Systems", IEEE Trans. Power Electron., vol. 25, no 6, pp. 1585-1596, Jun 2010. https://doi.org/10.1109/TPEL.2009.2038158 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2009.2038158

W. Chen, K. Zhuang and X. Ruan, "A Input-Series- and Output-Parallel-Connected Inverter System for High-Input-Voltage Applications", IEEE Trans. Power Electron., vol. 24, no 9, pp. 2127-2137, Sep 2009. https://doi.org/10.1109/TPEL.2009.2019578 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2009.2019578

T.B. Lazzarin, G.A.T. Bauer, I. Barbi,"A Control Strategy by Instantaneous Average Values for Parallel Operation of Single Phase Voltage Source Inverters Based on the Inductor Current Feedback", in Proc. ofECCE, pp. 495-502, 2009. https://doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316259 DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316259

T.B. Lazzarin, G.A.T. Bauer, I. Barbi, "A Control Strategy for Parallel Operation of Single Phase Voltage Source Inverters", in Proc. ofIECON, pp. 25-30, 2009. https://doi.org/10.1109/COBEP.2009.5347737 DOI: https://doi.org/10.1109/COBEP.2009.5347737

J.F. Chenand C.L. Chu, "Combination Voltage-Controlled and Current-Controlled PWM Inverters for UPS Parallel Operation", IEEE Trans. Power Electron., vol. 10, pp. 547-558, Sep 1995. https://doi.org/10.1109/63.406842 DOI: https://doi.org/10.1109/63.406842

M. Pascual, G. Garcera, E. Figueres, F. Gonzalez-Espin, "Robust Model-Following Control of Parallel UPS Single-Phase Inverters", IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, pp. 2870 - 2883, Aug 2008. https://doi.org/10.1109/TIE.2008.918602 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2008.918602

U. Borup, F. Blaabjerg And P.N. Enjeti, "Sharing of Nonlinear Load in Parallel-Connected Three-Phase Converters", IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 37, pp. 1817-1823, Nov/Dec 2001. https://doi.org/10.1109/28.968196 DOI: https://doi.org/10.1109/28.968196

J. C. Yeong and E. K. K Sng, "A Novel Communication Strategy for Decentralized Control of Paralleled Multi-inverter Systems", IEEE Trans. Power Electron., vol. 21, pp. 148 - 156, Jan 2006. https://doi.org/10.1109/TPEL.2005.861194 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2005.861194

J.M. Guerrero, L.G. de Vicuna, J. Matas, M. Castilla and J. Miret, "Output Impedance Design of Parallel-Connected UPS Inverters With Wireless Load-Sharing Control", IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 52, pp. 1126 - 1135, Aug 2005. https://doi.org/10.1109/TIE.2005.851634 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2005.851634

K. De Brabandere, B. Bolsens, V. den Keybus, etc, "A Voltage and Frequency Droop Control Method for Parallel Inverters", IEEE Trans. Power Electron., vol. 22, pp.1107 - 1115, Jul 2007. https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.900456 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.900456

T. T. Song, H. Chung and A. Ioinovici, "A High-Voltage DC-DC Converter with V in/3-Voltage Stress on the Primary Switches",IEEE Trans. Power Electron., vol. 22, no 6, pp. 2124-2137, Jul 2007. https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.909227 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.909227

D. V. Ghodke, K. Chatterjee and B. G. Fernandes, "Three-Phase Three Level, Soft Switched, Phase Shifted PWM DC-DC Converter for High Power Applications", IEEE Trans. Power Electron., vol. 23, no. 3, pp. 1214-1227, May 2008. https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.920881 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.920881

W. Chen, X. Ruan, H. Yan, C.K. Tse,"DC/DC Conversion Systems Consisting of Multiple Converter Modules: Stability, Control And Experimental Verifications", IEEE Trans. Power Electron., vol. 24, no 6, pp. 1463-1474, Jun 2009. https://doi.org/10.1109/TPEL.2009.2012406 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2009.2012406

K. Siri, M. Willhoff and K. Conner, "Uniform Voltage Distribution Control for Series Connected DC-DCConverters", IEEE Trans. Power Electron., vol. 22, no 4, pp. 1269-1279, Jul 2007. https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.900555 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.900555

R. Giri, R. Ayyanarand E. Ledezma, "Input-Series and Output-Series Connected Modular DC-DC Converters with Active Input Voltage and Output Voltage Sharing", in Proc. of IEEE APEC, pp. 1751-1756, 2004.

J. W. Kimball, J. T. Mossoba And P. T. Krein, "A Stabilizing, High Performance Controller for Input Series-Output Parallel Converters", IEEE Trans. Power Electron., vol. 23, no. 3, pp. 1416-1427, May 2008. https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.921151 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.921151

I.T. AG, "Eupec Modules Home Page", 26/05/2010, 2010; www.infineon.com.

A. Nabae, I. Takahashi and A. Akagi, "A New Neutral-Point Clamped PWM Inverter", IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 19, no. 5, pp. 518-523, Sep./Oct 1981. https://doi.org/10.1109/TIA.1981.4503992 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.1981.4503992

L. G. Franquelo, J. Rodriguez, J. I. Leon and et al., "The Age of Multilevel Converters Arrives", IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 2, n°. 2, pp. 28-39, Jun 2008. https://doi.org/10.1109/MIE.2008.923519 DOI: https://doi.org/10.1109/MIE.2008.923519

R. Hausmann, R. da Silva and I. Barbi, "Three-Phase NPC Inverter Using Three-Phase Coupled Inductor", in Proc. of IECON, vol. 1, pp. 913-918, 2009. https://doi.org/10.1109/IECON.2009.5415040 DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2009.5415040

G. Waltrich and I. Barbi, "The Three-Phase Cascaded Multilevel Inverter Using Power Cells With Two Inverter Legs in Series", IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no 8, pp. 2605-2612, Aug 2010. https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2043040 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2043040

S. Sridharan and M. Mishra,"DC Capacitor Voltage Equalization in Neutral Clamped Inverters for DSTATCOM Application", IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no 8, pp. 2768-2775, Aug 2010. https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2022069 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2022069

C. Wang and Y. Li, "Analysis and Calculation of Zero-Sequence Voltage Considering Neutral-Point Potential Balancing in Three-Level NPC Converters,"IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no 7, pp. 2262 - 2271, Jul 2010. https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2024093 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2024093

T.B. Lazzarinand I. Barbi, "High-output-voltage single-phase UPS based on series connection of low-output-voltage modular UPS," In Proc. of COBEP 2011, pp. 595-600, 2011. https://doi.org/10.1109/COBEP.2011.6085197 DOI: https://doi.org/10.1109/COBEP.2011.6085197

T.B. Lazzarin, "Paralelismo de Inversores de Tensão," Tese de Doutorado, UFSC, Florianópolis - SC, Brasil, 2010.

R.F. Coelho, T.B. Lazzari And D.C. Martins, "Modeling and control of the single-phase dc-ac PWM converter for grid-connected applications including a loop for average primary current controlling," In Proc. of COBEP 2011, pp. 334-340, 2011. https://doi.org/10.1109/COBEP.2011.6085259 DOI: https://doi.org/10.1109/COBEP.2011.6085259