Contribuição à modelagem de módulos fotovoltaicos e proposta de uma técnica híbrida de seguimento do ponto de máxima potência com estimador de irradiância

Abstract

No cenário energético mundial, a energia solar fotovoltaica tem se destacado cada vez mais. O aquecimento desse mercado implica no aumento da potência total instalada e na redução dos custos da energia, implicando também na necessidade de ampliação dos conhecimentos sobre a natureza dos módulos fotovoltaicos, por estarem intimamente ligadas ao controle de qualidade dos módulos, as formas de extração da sua máxima potência, aos projetos e otimização de conversores fotovoltaicos e previsão de falhas no sistema. Essa natureza é revelada por curvas características, corrente versus tensão e/ou potência versus tensão, que são difíceis de obter apenas com informações dos fabricantes, especialmente quando submetidos teste de campo. Pensando nisso, pesquisadores tendem à desenvolver modelos matemáticos do módulo fotovoltaico e técnicas de estimação dos parâmetros elétricos presentes nesses modelos, mas que podem não representar corretamente as curvas características, por fornecerem apenas uma representação matemática com falta de significado físico. Assim sendo, apresenta-se nesta tese um estudo sobre o comportamento físico dos parâmetros elétricos do módulo fotovoltaico em diferentes condições ambientais. Esse estudo possibilita a proposta de um novo modelo matemático para o circuito elétrico equivalente de dois diodos, que representa os módulos fotovoltaicos. Além disso, duas técnicas de estimação de parâmetros do módulo fotovoltaico são propostas. A ideia principal, que originou as técnicas propostas, é utilizar um conjunto de curvas características em condições ambientais conhecidas, de modo a construir o modelo do módulo fotovoltaico, válido em toda faixa aceitável de irradiância e temperatura, possibilitando a determinação de curvas características mais próximas das curvas reais, geralmente inacessíveis, que podem ser aplicadas em diversas áreas relacionadas à natureza dos módulos fotovoltaicos. Por conseguinte, uma das aplicações possíveis é apresentada, assim como uma nova proposta de técnica de seguimento do ponto de máxima potência, tomando como base o novo modelo de dois diodos do módulo fotovoltaico. Além da técnica de MPPT é proposto um estimador de irradiância que também utiliza o modelo do módulo, viabilizando a redução de custo no processo de implementação de um sistema fotovoltaico.