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Universidade Federal de Santa catarina (UFSC)
Programa de Pós-graduação em Engenharia, Gestão e Mídia do Conhecimento (PPGEGC)
Detalhes do Documento Analisado

Centro: Tecnológico

Departamento: Engenharia Elétrica/EEL

Dimensão Institucional: Pesquisa

Dimensão ODS: Ambiental

Tipo do Documento: Projeto de Pesquisa

Título: CONTRIBUIÇÃO AO DESENVOLVIMENTO DA PRÓXIMA GERAÇÃO DE MICROINVERSORES FOTOVOLTAICOS

Coordenador
  • ROBERTO FRANCISCO COELHO
Participante
  • ROBERTO FRANCISCO COELHO (D)

Conteúdo

Os equipamentos aplicados ao processamento elet...os equipamentos aplicados ao processamento eletrônico da energia gerada por módulos fotovoltaicos vêm se adaptando constantemente para incorporar os requisitos de operação cada vez mais exigentes impostos por norma. nesse cenário, espera-se a próxima geração de inversores fotovoltaicos (pv) apresente, além de alta eficiência, alta densidade de potência e elevada confiabilidade, vida útil prolongada e capacidade operar em modo autônomo e de prover serviços ancilares à rede elétrica, como compensação de reativos e despacho otimizado em horário de pico. embora os desafios relacionados à obtenção de alta eficiência e alta densidade de potência venham sendo gradualmente superados graças à proposição de novos conversores de potência, à aplicação de técnicas de comutação suave ou ao uso de dispositivos semicondutores mais eficientes e rápidos, tópicos como confiabilidade e vida útil carecem de aperfeiçoamento, pois os inversores ainda são responsáveis pela maioria das falhas em sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. essas falhas geralmente são causadas pelo desgaste e proteção inadequada de alguns componentes, principalmente dos capacitores eletrolíticos e dos dispositivos semicondutores, que são os componentes mais vulneráveis e críticos na busca por maior confiabilidade. não obstante, novas funcionalidades a serem incorporadas nos inversores, a exemplo do provimento de serviços ancilares à rede elétrica, também têm sido exigidas pelas normas mais recentes, pois o impacto da alta penetração dos sistemas fotovoltaicos não pode mais ser negligenciado, mesmo em redes de distribuição de baixa tensão. uma ativação repentina do modo anti-ilhamento dos inversores ou a paralisação de todos os sistemas fotovoltaicos conectados à rede durante condições anormais (como quedas de tensão e variações de frequência), pode desencadear problemas ainda mais graves do que o evento inicial, como quedas de energia e oscilações de tensão. nesse sentido, trabalhos recentes têm focado em estratégias de controle para fornecer suporte dinâmico à rede elétrica, como injeção de potência reativa durante a passagem da tensão por afundamentos (do inglês: low voltage ride through - lvrt), amortecimento de ressonâncias, filtragem ativa e emulação de inércia [3]. ainda, como os impactos da intermitência da geração fotovoltaica são prejudiciais à dinâmica lenta do sistema elétrico de potência, pesquisas também têm sido conduzidas para superar esse efeito negativo, e muitos estudos vêm apontando para o uso conjunto de sistemas de armazenamento de energia baseados em baterias (do inglês: battery energy stored systems - bess) e sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica como uma solução factível para prover maior flexibilidade a um sistema elétrico de potência com inserção crescente de fontes renováveis.a inserção de baterias nos inversores fotovoltaicos origina os chamados sistemas fotovoltaicos híbridos (sfh), que permitem um maior grau de liberdade (flexibilidade) no controle do fluxo de energia fotogerada, possibilitando aumentar a disponibilidade energética local e reduzir os efeitos causados pela intermitência. não obstante, tendo em vista que a geração renovável é dependente das condições climáticas e de carga, o emprego dos sfh pode ser avaliado positivamente do ponto de vista econômico, pois possibilita que a energia seja armazenada e, posteriormente, despachada em horários estratégicos (no horário de pico, por exemplo), encontrando nicho tanto em aplicações residenciais quanto comerciais e industriais. a utilização de baterias em conjunto com inversores string, contudo, não é capaz de reduzir as perdas causadas por sombreamentos parciais ou incompatibilidades elétricas entre os módulos que compõem a string fotovoltaica. uma solução para mitigar tais perdas é a utilização de microinversores (ou módulo ac) aplicados a cada módulo fv. dentre as vantagens dos microinversores frente aos tradicionais inversores string citam-se: i) cada módulo fotovoltaico opera em seu ponto de máxima potência, independentemente das condições climáticas dos demais; ii) a expansão do sistema pode ser realizada módulo a módulo sendo a conexão realizada diretamente na rede ca; iii) quando um módulo para de funcionar, os outros continuam normalmente, pois não fazem parte de uma string conectada em série; iv) não hã tensões elevadas, como as resultantes da conexão de módulos fotovoltaicos em série. os inversores geralmente usam arquitetura monofásica e adotam configurações de sistema de dois estágios para evitar o uso de capacitores eletrolíticos como elementos de armazenamento e de desacoplamento de energia. nesta configuração, um conversor cc-cc com alto ganho é utilizado como primeiro estágio para adaptar a baixa tensão do módulo fv à tensão do barramento cc e realizar o rastreamento do ponto de máxima potência. paralelamente, o segundo estágio, inversor (cc-ca), realiza o sincronismo com a rede elétrica e o controle da tensão do barramento cc e da corrente injetada na rede. é nesse cenário de evolução que se endereça o presente projeto de pesquisa, que propõe o estudo e a validação da próxima geração de microinversores fotovoltaicos, aqui denominados de microinversores híbridos, baseados na integração de módulos fotovoltaicos e baterias de íons de lítio em uma única estrutura que apresente elevada densidade de potência, elevado rendimento, elevada vida útil e que seja capaz de prover serviços ancilares à rede elétrica, como compensação de reativos e despacho otimizado em horário de pico. para tanto, aspectos desafiadores, como desenvolvimento de conversores cc-cc bidirecionais de alto ganho e alto rendimento, emulação ativa de capacitância, uso de dispositivos de largo bandgap e desenvolvimento de técnicas otimizadas de controle de fluxo de potência, precisam ser contornados e fazem parte do escopo desta proposta de pesquisa.

Índice de Shannon: 0.992571

Índice de Gini: 0.226398

ODS 1 ODS 2 ODS 3 ODS 4 ODS 5 ODS 6 ODS 7 ODS 8 ODS 9 ODS 10 ODS 11 ODS 12 ODS 13 ODS 14 ODS 15 ODS 16
0,47% 0,62% 0,72% 0,67% 0,56% 0,70% 87,89% 0,79% 1,81% 0,63% 1,32% 0,83% 0,83% 0,65% 0,49% 1,03%
ODS Predominates
ODS 7
ODS 1

0,47%

ODS 2

0,62%

ODS 3

0,72%

ODS 4

0,67%

ODS 5

0,56%

ODS 6

0,70%

ODS 7

87,89%

ODS 8

0,79%

ODS 9

1,81%

ODS 10

0,63%

ODS 11

1,32%

ODS 12

0,83%

ODS 13

0,83%

ODS 14

0,65%

ODS 15

0,49%

ODS 16

1,03%