Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study and analysis of photovoltaic systems subject to partial
shading, where the main consequence is the reduction of its energy production. To mitigate
this problem, it is proposed a new photovoltaic architecture known as hybrid architecture. In
this architecture, the system is separated into arrays that can be partially or completely shaded
with other arrays that are not shaded. The partially shaded modules are connected in parallel
to maximize its energy production, while unshaded ones are connected in series. A dc-dc
converter is used with the array with the modules subject to partial shading for maximum
power extraction of this array, to match the operating voltage of both arrays, and to ensure
that during its operation, the unshaded array operates in maximum power point. Additionally,
it is presented the small signal modeling of the dc-dc converter through the generalized
modeling technique, with the inclusion of the dynamic of a photovoltaic array through an
equivalent approximate model by a voltage source with a series resistance, and linearized for
different curve points of the photovoltaic module. The proposed control system for this
converter uses a controller based on the internal model principle, as the resonant one, whose
objective is, besides eliminating the low frequency ripple at the input of photovoltaic module
to reduce the losses of the maximum power point tracking algorithm, also reduce the dc-bus
capacitance in dual-stage photovoltaic inverters. Shaded photovoltaic systems present higher
complexity to predict its energy production. This is because there are different configurations
to connect photovoltaic modules among each other, which results in different values of
generated power. Consequently, a general methodology of energy production forecast that
uses only the shaded area of the modules as a factor of analysis can be imprecise. Based on
this, a new methodology for energy production forecast in partially shaded photovoltaic
systems is presented. The proposed method consists in identifying the shaded modules in each
time, to quantify the hourly irradiation incident on all modules, analyze the electrical
configuration of the array and, from that, calculate the produced energy. At the end are
presented simulation and experimental results that validate the use of hybrid architecture in
photovoltaic systems that present partial shading conditions. / Este trabalho apresenta um estudo e análise de sistemas fotovoltaicos que apresentam redução
da produção de energia devido ao sombreamento parcial em módulos fotovoltaicos. Para
mitigar este problema, é proposta uma nova arquitetura de sistemas fotovoltaicos denominada
arquitetura híbrida. Nessa arquitetura, o sistema é separado em um arranjo de módulos que
podem ser parcialmente ou totalmente sombreados e outro com módulos não-sombreados. Os
módulos do arranjo passíveis de sombreamento são conectados em paralelo entre si para se
maximizar sua produção de energia, enquanto que os módulos não-sombreados são arranjados
em série. Um conversor CC-CC é empregado junto ao arranjo dos módulos passíveis de
sombreamento para extração da máxima potência desse arranjo, para compatibilizar a tensão
de operação dos dois arranjos, e para garantir que durante a operação conjunta, o arranjo que
nunca é sombreado opere no ponto de máxima potência. Adicionalmente, obtém-se a
modelagem de pequenos sinais do conversor CC-CC através da modelagem generalizada,
com a inclusão da dinâmica de um arranjo fotovoltaico através de um modelo equivalente
aproximado por uma fonte de tensão em série com uma resistência, e linearizado para
diversos pontos da curva do painel. Como proposta de sistema de controle desse conversor,
utiliza-se um controlador baseado no princípio do modelo interno, como o ressonante, cujo
objetivo é, além de eliminar a ondulação em baixa frequência presente na entrada dos painéis
para reduzir as perdas do algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência, também
possibilitar a redução da capacitância do barramento CC de inversores de duplo estágio.
Sistemas fotovoltaicos sombreados apresentam maior complexidade para se prever a
produção de energia. Isso ocorre pois existem diversas configurações para se conectar os
módulos fotovoltaicos entre si, cujo impacto resulta em diferentes valores da energia gerada.
Por consequência, uma metodologia generalizada de previsão da produção de energia que
utilize apenas a área sombreada dos módulos como fator de análise pode ser pouco precisa.
Com base nisso, uma nova metodologia para previsão da produção de energia em sistemas
fotovoltaicos parcialmente sombreados é apresentada. O método proposto consiste em
identificar os módulos sombreados em cada hora, quantificar a irradiação horária incidente em
todos os módulos, analisar a configuração elétrica do arranjo e, a partir disso, calcular a
energia produzida. Por fim são apresentados resultados de simulação e experimentais que
validam a utilização da arquitetura híbrida em sistemas fotovoltaicos que apresentam
condições de sombreamento parcial.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/3701 |
| Date | 29 August 2016 |
| Creators | Reiter, Renan Diego de Oliveira |
| Contributors | Michels, Leandro, Hey, Hélio Leães, Oliveira, Sérgio Vidal Garcia, Neves, Francisco de Assis dos Santos, Santos, ísis Portolan dos, Martins, Mário Lúcio da Silva |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFSM, BR, Engenharia Elétrica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 300400000007, 400, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 7ad1774a-99ab-4c2c-ac49-2ac5efe7ffab, 9d8eef8b-0781-4878-b51e-77cac2c6d80c, 577af092-13cf-493d-b668-96125b04343a, 3fb0d68f-0bb4-4cec-9012-917312a87270, ffb6f6d7-8885-4cc5-8503-b6d64dba3cc3, b1067342-04d5-4e20-9dbc-b749099dd92c, acf22463-d1b2-4013-846c-3e9981c7eb6d |
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