SISTEMA FOTOVOLTAICO DE PEQUENO PORTE INTERLIGADO À REDE ELÉTRICA by Eldin Mario Miranda Terán Dissertação submetida à Universidade Federal do Ceará como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. Dr. René Pastor Torrico Bascopé

INTRODUÇÃO GERAL 

Em meados do século XVIII a Grã Bretanha presenciou o inicio da Revolução Industrial: um conjunto de avanços tecnológicos que mudaram todo o sistema produtivo conhecido até então. O motor a vapor e depois o motor a combustão foram os principais atores nesta revolução. Esta revolução espalhou-se rapidamente pela Europa, pelos Estados Unidos e pelo mundo todo no século XIX. Paralelamente, grandes avanços na área da eletricidade foram realizados e a máquina elétrica foi desenvolvida. Já no século XX muitos países atingiram altos níveis de industrialização enquanto a energia elétrica mudou o estilo de vida da humanidade toda. A energia primária que foi usada para impulsionar esta revolução e que ainda continua alimentando o sistema produtivo do planeta é baseada em combustíveis fósseis e carvão. No ano de 2009 aproximadamente 88% do consumo energético mundial teve origem nestas fontes (petróleo, carvão e gás natural) [1]. É sabido que esta dependência global dos combustíveis fósseis tem provocado sérios problemas no clima do planeta e que no futuro o custo da sua produção vai aumentar mais e mais, a medida que seja mais complexo realizar a exploração destes recursos, ocasionando problemas econômicos e sociais. Diante deste panorama, as fontes de energia renovável, como a solar, hidráulica e eólica entre outras, perfilam-se a ser a solução à demanda energética no futuro, sendo uma resposta tecnicamente viável e amigável com o meio ambiente, porém cara, quando comparada com as tecnologias convencionais na atualidade, precisando de subsídios e apoio dos governos para serem implementadas1 [2]. Em países altamente desenvolvidos como Espanha, Alemanha, Itália, Japão e outros, há diversos incentivos tributários a produção de energia renovável, entretanto, na América do Sul ainda não se conta com legislações que incentivem a produção de energia renovável em grande escala. A eletrônica de potência desempenha um papel importante na atividade de processamento da energia renovável, particularmente das energias fotovoltaica e eólica. No caso da energia fotovoltaica tem-se uma fonte de corrente contínua que deve ser transformada em corrente alternada para ser interligada aos sistemas elétricos e às cargas elétricas convencionais. Este processamento de energia é realizado mediante o uso da eletrônica de potência, através de conversores estáticos. Assim, neste trabalho foi desenvolvido um sistema de energia fotovoltaica de pequeno porte interligado à rede elétrica, formado por dois estágios de processamento de energia:  O primeiro estágio é um conversor cc-cc elevador (Boost) responsável por aumentar a tensão entregue pelos painéis fotovoltaicos a uma tensão adequada para ser transformada em corrente alternada e, por extrair a máxima potência elétrica disponível nos painéis fotovoltaicos.  O segundo estágio é um conversor cc-ca Full-Bridge (ponte completa) responsável por transformar a corrente continua entregue pelo primeiro estágio em corrente alternada num nível de tensão, frequência e fase úteis à rede elétrica de baixa tensão. No capítulo 1 do trabalho tem-se uma revisão bibliográfica geral focada na área da eletrônica de potência, ou seja, nas topologias de conversores aplicáveis em sistemas fotovoltaicos interligados à rede elétrica. Além disso, apresenta-se informação sobre energia solar fotovoltaica com foco nas técnicas de rastreamento de máxima potência, os objetivos do trabalho e a proposta do estudo. Nos capítulos 2 e 3 são apresentados o primeiro estágio (cc-cc) e segundo estágio (cc-ca) de processamento de energia, respectivamente. As topologias escolhidas são analisadas qualitativa e quantitativamente e os projetos dos conversores são realizados; também é detalhada a técnica de rastreamento de máxima potência (MPPT) usada no primeiro estágio e a metodologia de controle aplicada no segundo estágio. Finalmente, no capitulo 4 são apresentados resultados de simulação complementados com resultados experimentais para validar os estudos teóricos feitos nos capítulos anteriores. 

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