Desenvolvimento de um conversor unificado com interface a painéis solares fotovoltaicos

Abstract

Com novas metas europeias a serem propostas e com o aumento da população mundial, a necessidade energética nunca foi tão elevada e com tendência para continuar a aumentar. Neste contexto, enquadram-se as fontes de energias renováveis que, além de um complemento à necessidade energética, são uma realidade cada vez mais promissora ajudando a colmatar falhas energéticas em sítios remotos e contribuindo para um planeta energeticamente mais sustentável. Apesar de serem uma solução bastante atrativa, não conseguem colmatar o problema energético sozinhas devido à sua intermitência de produção de energia, sendo, muitas vezes, necessária a combinação com diferentes tipos de energias renováveis para aumentar a linha temporal de produção. Adicionalmente, surge ainda a necessidade de sistemas de armazenamento de energia que permitem armazenar e fornecer energia elétrica de acordo com a produção e necessidades da rede elétrica. No âmbito desta dissertação foi considerada a energia solar fotovoltaica que, para além de ter grande potencial na Terra devido a ser a sua fonte luminosa é também largamente investigada para exploração espacial. Assim, esta dissertação apresenta o estudo de dois tipos de conversores CC-CC Interleaved para posterior utilização numa rede CC. Inicialmente é apresentado um boost para interface com painéis solares fotovoltaicos, permitindo um fluxo unidirecional de energia e cujo controlo visa obter a máxima potência do painel, seguindo-se de um buck boost para interface com baterias, permitindo o fluxo bidirecional de energia, e cujo controlo permite a carga e descarga das mesmas. Esta dissertação inclui um estudo bibliográfico sobre a tecnologia solar fotovoltaica, sobre conversores CC-CC e sobre possíveis algoritmos de controlo. A validação foi efetuada, primeiramente com recurso a simulações computacionais, tanto a nível dos conversores como dos algoritmos de controlo. Posteriormente, foi desenvolvido um protótipo laboratorial de um conversor CC-CC Interleaved, controlado por um DSP e foi efetuada a sua validação experimental.

With new European targets being proposed and the world population increasing, the energy demand has never been higher and with a tendency to continue to increase. In this context, renewable energy sources are included, which, in addition to a complement to the energy need, are an increasingly promising reality, helping to fill energy gaps in remote places in the world and contributing to a more energy-sustainable planet. Despite being a very attractive solution, they cannot solve the energy problem alone due to their intermittent energy production, and it is often necessary to combine different types of renewable energies to increase the production timeline. Additionally, there is still a need for energy storage systems that allow storing and supplying according to the production and needs of the electricity grid. In the scope of this dissertation, photovoltaic solar energy was considered, which, in addition to having great potential on Earth due to its light source, is also the most powerful source of energy that allows space exploration and is therefore widely explored. Thus, this dissertation presents the study of two types of DC Interleaved DC converters for later use in a DC grid. Initially, a boost for interfacing with photovoltaic solar panels is presented, allowing a unidirectional flow of energy and whose control aims to obtain the maximum power of the panel, followed by a buck boost for interfacing with batteries, allowing the bidirectional flow of energy, and whose control allows their loading and unloading. This dissertation includes a bibliographic study on photovoltaic solar technology, DC-DC converters, and on possible control possibilities. The validation was carried out, initially using computer simulations, both at the level of the converters and the unknown animals. Subsequently, a laboratory of an interleaved DC-DC converter was developed, controlled by a DSP and its experimental validation was carried out.