Inversor fonte Z trifásico de três estados para sistemas fotovoltaicos sem transformador

Abstract

No Brasil, como em outras partes do mundo, têm-se incentivado fortemente a geração de energia elétrica através de das fontes alternativas como eólica e solar fotovoltaica. A primeira possui tecnologia comercialmente difundida e empregada em grandes parques, inclusive em nosso país. A segunda vem sendo empregada em grande escala nos últimos anos, em decorrência, principalmente, da diminuição do custo do painel fotovoltaico. Nesse caso, seu grande diferencial é a facilidade de aplicação em micro e minigeration, principalmente nos telhados das construções. Esse tipo de geração tem, como característica básica, a grande variação de potência disponível em intervalos relativamente pequenos, devido à variação da irradiância solar. Considerando essa grande sazonalidade, os pequenos blocos de potência da minigeração e a baixa eficiência dos painéis fotovoltaicos, há uma constante busca por tecnologias que possibilitem o uso mais eficiente dessa fonte. Nesse contexto, esse trabalho apresenta duas novas topologias de inversor fonte Z trifásico com três estados a serem empregadas, inicialmente, em sistemas fotovoltaicos sem transformador. As topologias propostas são baseadas na família de inversores monofásicos de três chaves com três estados que apresenta como vantagens: o bom rendimento, a inversão e elevação de tensão em um único estágio e a baixa corrente de fuga para sistemas fotovoltaicos sem transformador. É realizada uma análise desta família de inversores, escolhendo-se uma das topologias como base para uma derivação trifásicas, considerando os níveis de estresse nas chaves e expectativas de rendimento. Duas modelagens dinâmicas, de grandes e pequenos sinais, são construídas para a topologia selecionada, servindo de alicerce na definição dos valores dos componentes e controle. A primeira topologia trifásica é deduzida a partir da associação de três inversores da topologia monofásica selecionada, caracterizando-se por possuir um total de nove chaves, e herdar, naturalmente, o controle obtido para topologia monofásica. A segunda topologia é alcançada através da eliminação de duas chaves da primeira topologia trifásica, resultando em uma nova topologia com sete chaves então. Através da análise comparativa das simulações, percebe-se que o controle utilizado no inversor de nove chaves é aplicável ao inversor de sete chaves, confirmando sua eficácia. Simulações para os inversores operando com uma carga resisitiva e conexão com à rede elétrica, além dos resultados experimentais com carga resistiva, são apresentados validando as topologias e controles propostos.