Modelagem de conversor c.c./c.c. de alto ganho e alta eficiência baseado no boost com indutor acoplado e entrada intercalada para integração em módulos fotovoltaicos

Abstract

Os sistemas fotovoltaicos estão em constante expansão nos últimos anos, tanto na modalidade centralizada (grandes usinas) como na modalidade distribuída (residencial e comercial). Um dos grandes desafios atuais é conseguir integrar conversores c.c./c.c. com alto ganho de tensão e baixo custo a módulos fotovoltaicos para serem comercializados como um único equipamento capaz de gerar energia com máxima eficiência em um nível de tensão c.c. utilizado pelos inversores monofásicos convencionais. Sendo assim, esta dissertação apresenta o estudo aprofundado sobre conversor c.c./c.c. de alto ganho baseado no conversor boost com indutor acoplado, entrada intercalada e saída flutuante, compreendendo seus princípio de funcionamento, etapas de operação, principais formas de onda; os valores das tensões sobre os semicondutores e o projeto dos elementos passivos. Dois modelos c.a. de pequenos sinais baseados no conceito de valores médios são elaborados para representar o seu comportamento dinâmico: um de oitava ordem que, devido à presença de correntes descontínuas nas indutâncias de dispersão, é obtido utilizando o modelo médio para modo de condução descontínua para computar o valor médio das oito equações de estado, obtidas para cinco etapas de operação distintas; e um de quarta ordem que, ao desprezar esses elementos parasitas, elimina, consequentemente, as correntes descontínuas, é desenvolvido no espaço de estado computando a média de quatro equações de estado, obtidas para três etapas de operação distintas. O controlador da tensão de entrada do conversor c.c./c.c. é projetado a partir das funções de transferência dos modelos de oitava e quarta ordem para emular o seguimento do ponto de máxima potência de módulos fotovoltaicos. Um protótipo de potência nominal de 300W é construído para avaliar o seu desempenho, a eficácia do sistema de controle e a viabilidade de se utilizar esta topologia de conversor integrada a módulos fotovoltaicos comerciais.