[pt] Esta dissertação de mestrado tem como objetivo central avaliar o impacto do uso de conversores CC-CC na eficiência da conversão fotovoltaica em condições adversas de operação. O trabalho foi motivado pelos desafios impostos pelo desenvolvimento do Projeto de P&D Light/Aneel 080/2011, que requereu a instalação de uma usina-laboratório fotovoltaica (20 kW nominal) para operar em condições adversas, já que a instalação dos painéis do telhado do Museu Light da Energia não coincide com as condições teóricas ideais para a sua instalação. Na busca de superar os desafios impostos, o presente estudo contribui para assegurar ganhos de eficiência na conversão fotovoltaica, mesmo em condições adversas de operação. A metodologia utilizada no desenvolvimento do trabalho fundamentou-se no estudo do estado-da-arte sobre conversão fotovoltaica, que orientou o desenvolvimento de uma modelagem matemática para obter os parâmetros elétricos de um módulo fotovoltaico a partir dos dados do fabricante, o que permitiu identificar a influência do sombreamento na conversão fotovoltaica. Dentre os resultados consolidados, o trabalho (i) implantou a usina fotovoltaica no telhado do Museu Light da Energia fazendo uso de três tecnologias de painéis, viabilizando experimentos lúdicos e desenvolveu (ii) um modelo que permite prever os parâmetros elétricos do módulo fotovoltaico; (iii) a modelagem do módulo fotovoltaico na presença de sombreamento parcial e (iv) os ganhos de eficiência que resultam do uso de conversores CC-CC na presença do sombreamento parcial. No que concerne às conclusões, a modelagem proposta mostrou-se eficaz para estimar os parâmetros elétricos e simular as curvas características do módulo fotovoltaico sob o efeito de sombreamento parcial. / [en] The aim of this MSc dissertation is to assess the impact of the use of DC-DC converters in the photovoltaic conversion efficiency, operating under adverse conditions. The work was motivated by the challenges posed by the development of the R & D Project Light/Aneel 080/2011, which required the installation of a photovoltaic laboratory power plant (20 kW, nominal) to operate in adverse conditions to match the non-ideal conditions of the available roof of the Energy Light Museum chosen to receive the photovoltaic panels. In seeking to overcome challenges posed by the project, this study helped to ensure gains in the efficiency of the photovoltaic conversion to compensate for the operation under adverse conditions. The methodology used benefited from the study of the state of the art of photovoltaic conversion, whose results guided the development of a mathematical model to estimate the electrical parameters of a PV module allowing the study of the influence of shading in photovoltaic conversion. Among the consolidated results, the work (i) implemented the laboratory photovoltaic power plant that have installed three technologies of PV panel on the roof of the Energy Light Museum (ii) developed a model that predicts the electrical parameters of the PV module; (Iii) modelled the performance of the photovoltaic module in the presence of partial shading and (iv) investigated efficiency gains resulting from the use of DC-DC converters in the presence of partial shading. Regarding the findings, the proposed model was effective to estimate the electrical parameters and simulate the characteristic curves of the photovoltaic module under the effect of partial shading.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents an efficient lighting system using high intensity light emitting diodes (LEDs). The goal is to develop a compact and low cost electronic circuit to drive and control the current of LEDs disposed in a single enclosure. The proposal aims energy saving, high luminous efficacy and high useful life when replacing traditional lighting systems, as dichroic, incandescent or compact fluorescent lamps by LEDs without any change in electrical system installation. Furthermore, an emergency lighting system integrated into the lamp is proposed, allowing the use of the same equipment in the daily activities, supplied by mains, and under a possible break in the electrical network. To supply the LEDs through the mains with universal input voltage and charge the battery, a Buck converter was employed. To supply the LEDs with a continuous current through the battery, a Boost converter was used. The converters operate at high frequency and control the current through the LEDs independently. The battery can be composed of three rechargeable Ni-MH batteries (1,2 V) or a Li-ion battery (3,6 V). The design attends the Brazilian standard and international standard for emergency lighting systems. To validate the proposed idea, the circuits were designed and implemented. The experimental results are shown with the intention to prove the satisfactory behavior of the lamps. / Este trabalho apresenta um sistema de iluminação eficiente empregando diodos emissores de luz (LEDs) de alta intensidade. O objetivo é desenvolver um circuito eletrônico, compacto e de baixo custo, para acionamento e controle da corrente dos LEDs contidos em um único invólucro. A proposta visa a racionalização no uso da energia elétrica através de uma elevada eficácia luminosa e longa vida útil na substituição dos sistemas de iluminação tradicionais, como lâmpadas dicróicas, incandescentes ou fluorescentes compactas, por LEDs sem qualquer alteração na instalação elétrica. Além disso, é proposto um sistema de iluminação de emergência integrado a esta lâmpada, permitindo a utilização de um único equipamento para iluminação convencional, alimentada pela rede elétrica, e sob uma possível falha no fornecimento de energia. Para alimentar os LEDs, através da rede elétrica, com tensão de entrada universal e ainda carregar a bateria, um conversor Buck é empregado. Para alimentar os LEDs em corrente contínua através da bateria, um conversor Boost é utilizado. Os conversores operam em alta freqüência e controlam a corrente nos LEDs de forma independente. A bateria pode ser composta por três pilhas recarregáveis de Ni-MH (1,2 V) ou por uma bateria de Li-Ion (3,6 V). O projeto atende às exigências da norma brasileira (NBR 10898) e da norma internacional (IEEE Std 446-1995) para sistemas de iluminação de emergência. Para analisar a idéia proposta, os circuitos são projetados e implementados. Os resultados experimentais são apresentados de forma a comprovar o comportamento satisfatório das lâmpadas.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents and analyzes a new family of electronic ballasts to supply metal halide lamps applied to interior lighting systems. These lamps present the best light quality among the high intensity discharge lamps, and its compactness results a good choice for interior lighting systems application. The electrical characteristics of the high intensity discharge lamps are evaluated, and it is presented an alternative for supplying these lamps in a safe and reliable way. This alternative consists of using high frequency DC/DC converters in order to supply the lamp with a low frequency, symmetrical square waveform. A family of electronic ballasts is presented, which all the topologies are obtained from the differential connection of DC/DC converters. The analysis of these proposed and designed systems brings the main advantages and disadvantages of using each topology, related both to the components design and to the restrictions implied by each topology. / Esse trabalho apresenta e analisa uma nova família de reatores eletrônicos capazes de acionar lâmpadas de multivapor metálico com tubo de descarga cerâmico. Essas lâmpadas apresentam, dentre as lâmpadas de descarga em alta pressão, a melhor qualidade do fluxo luminoso, além de se tratar de lâmpadas compactas, caracterizando-as como uma ótima alternativa a ser aplicada em sistemas de iluminação de ambientes interiores. As características das lâmpadas de descarga em alta pressão, com relação ao acionamento e controle, são avaliadas, e uma alternativa é apresentada para se alimentar tais lâmpadas de forma segura e confiável, através da utilização de conversores CC/CC operando em alta freqüência para alimentar a lâmpada com uma tensão quadrada, simétrica e em baixa freqüência. Dessa forma, uma família de reatores eletrônicos é apresentada, sendo que todas as topologias são derivadas da técnica de conexão diferencial de conversores CC/CC bidirecionais. O estudo de todos os sistemas propostos e implementados tem por finalidade caracterizar as principais vantagens e desvantagens do emprego de cada topologia apresentada, com relação ao dimensionamento de componentes e limitações impostas por cada topologia.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Com o constante aumento de componentes eletrônicos inseridos nas diversas áreas da eletrônica na atualidade, torna-se evidente a preocupação de elevados distúrbios harmônicos de corrente na qualidade da energia. Este trabalho tem a finalidade de abordar uma das alternativas para reduzir esse problema, desenvolvendo um retificador de 12 pulsos com dois conversores CC-CC SEPIC de 500 W em cada retificador, com isolação galvânica, operando em condução contínua e com elevado fator de potência e baixa distorção harmônica na corrente de entrada do retificador. A utilização do autotransformador contribui na diminuição do peso e volume da estrutura, sendo a isolação feita no estágio intermediário de alta frequência. A conexão entre a carga e o retificador de múltiplos pulsos convencionalmente é feita a partir da utilização de transformadores especiais de interfase. Entretanto, eles possuem um projeto complexo e, ainda peso e volume consideráveis. Por isso, esses transformadores especiais são substituídos por conversores estáticos, os quais garantem o equilíbrio entre cada grupo retificador e conseguem regular a tensão de saída. Essa estrutura pode ser utilizada em diversas aplicações dentre elas, no acionamento de máquinas elétricas, em carregadores de bateria e dentro de aeronaves, exercendo funções antes comandadas por mecanismos hidráulicos, pneumáticos e mecânicos, aumentando a confiabilidade do processo. Este trabalho aborda detalhadamente o desenvolvimento de duas estratégias de controle, com o objetivo de equilibrar o processamento de potência entre cada módulo e regular a tensão de saída. Foram obtidos os resultados computacionais, e experimentais através da construção de um protótipo. / With the constant increase of electronic components inserted in the diverse areas of electronics at the present time, it becomes evident a concern of harmonic disturbances of current in the quality of the energy. This work has the purpose of addressing one of the alternatives to reduce this problem, developed a 12-pulse rectifier with two DC-DC SEPIC converters of 500 W in each rectifier, with galvanic isolation, operating in continuous conduction and with high power factor and low harmonic distortion in the rectifier input current. The use of the autotransformer contributes to the reduction of the weight and volume of the structure, being an insulation made on the intermediate stage of high frequency. The connection between a load and the multi-pulse rectifier is conventionally made from the use of special interface transformers. They include a complex design and still have considerable weight and volume. Therefore, these special transformers are replaced by the static converters, which guarantee the balance between each rectifier group and obtain regular output voltage. This structure can be used in a variety of applications, such as driving electric machines, battery chargers and aircraft, performing functions previously controlled by hydraulic, pneumatic and mechanical mechanisms, increasing the reliability of the process. This work presents in detail the development of two control strategies, with the objective of balancing the power processing between each module and regulating the output voltage. The computational and experimental results were obtained through the construction of a prototype. / Dissertação (Mestrado)