Projeto de um sistema fotovoltaico autônomo de suprimento de energia usando técnica MPPT e controle digital

O presente trabalho apresenta o projeto de um carregador de baterias de chumbo acido para aplicacoes em sistemas fotovoltaicos autonomos de baixo consumo de energia, a partir de um conversor de potencia tipo Buck, com controle digital para o processo de carregamento por meio de um processador digital de sinais TMS320F2812 de Texas Instruments. Para auxiliar o dimensionamento dos componentes do conversor de potencia foi simulado o arranjo fotovoltaico, ajustados seus parâmetros ao de um modulo comercial, os resultados obtidos mostraram a concordância das curvas caracteristicas simuladas e aquelas fornecidas pelo fabricante. Visando maximizar a energia produzida pelos paineis fotovoltaicos e utilizada uma tecnica de rastreamento do ponto de maxima potencia (MPPT - maximum power point tracking). Para a escolha da tecnica MPPT foi realizado um estudo comparativo das tres tecnicas mais utilizadas: tensao constante (CV - Constant Voltage), perturbacao e observacao (P&O - Perturbation and Observation) e condutância incremental (IncCond - Incremental Conductance). A analise foi feita atraves de simulacoes que consideraram diversas condicoes de operacao do arranjo fotovoltaico. Sao propostas baterias eletroquimicas para o armazenamento da energia eletrica convertida pelos paineis fotovoltaicos. Ao analisar as curvas de tensao e de corrente de uma bateria, percebe-se a necessidade de uma elaborada estrategia de controle para providenciar o carregamento. Deseja-se carregar completamente as baterias, dentro de seus limites, o mais rapido possivel ja que o periodo diario de geracao de energia fotovoltaica e limitado. Para garantir o carregamento completo, rapido e seguro das baterias uma estrategia de controle diferenciada para o conversor Buck e apresentada. Na condicao de bateria descarregada, e importante que o arranjo de modulos fotovoltaicos funcione no ponto de maxima potencia, para aplicar o maior valor de corrente as baterias visando carrega-las o mais rapido possivel. Quando a tensao da bateria atingir o valor maximo permitido pelo fabricante (tensao de equalizacao), o carregamento deve continuar a tensao constante com limitacao de corrente para evitar danos da bateria pela formacao excessiva de gas. Para o conversor Buck e apresentada a tecnica das variaveis medias no espaco de estado para a obtencao de um modelo linear, valido para pequenas variacoes em torno do seu ponto de operacao no estado permanente. Com esse modelo foram obtidas as funcoes de transferencia necessarias para o projeto dos compensadores analogicos, os quais foram digitalizados atraves de tecnicas de discretizacao visando manter um desempenho semelhante. Resultados de simulacoes obtidas com o programa Matlab, bem como resultados experimentais obtidos com um prototipo implementado no laboratorio sao usados para testar o desempenho do carregador, e seus compensadores.