ANÁLISE HARMÔNICA E RENDIMENTO

Com base nos limites das normas introduzidas na Seção 1.5 e na análise harmônica da corrente do microinversor feita com o analisador de energia da Yokogawa, construiu-se o gráfico de colunas da Figura 6.12. A potência circulante na saída do microinversor no instante da análise era de 210 W e a THD de corrente assumia valor de 4,28 %.

Nota-se que a qualidade da corrente é assegurada até sua 15ª componente harmônica, justamente a última frequência compensada pelo controlador multiressonante. A partir desse harmônico, percebem- se algumas componentes de frequência da corrente com distrções além do permitido em norma. Além disso, a componente cc possui amplitude de 1,4 %, maior que o 0,5 % limite estabelecido na NBR 16149.

Após algumas análises teóricas e de simulação, concluiu-se que o baixo valor de indutância do filtro LCL implica baixa impedância às perturbações contidas na tensão da rede elétrica, distorcendo a corrente nos harmônicos não compensados pelo controlador multiressonante.

  Figura 6.12 – Análise harmônica da corrente injetada na rede para 210 W de

potência injetada e 4,28 % de THD.

Para provar essa afirmação, executou-se um teste experimental acoplando o conversor a uma fonte ca do laboratório (vca), com um banco resistivo em paralelo (Rca), conforme Figura 6.13. O resistor Rca foi projetado para absorver 600 W de vca, impedindo fluxo de potência reverso na fonte dentro da faixa de operação do microinversor (0 a 250 W).

  Figura 6.13 – Teste do microinversor utilizando fonte ca.

Nessa configuração de teste, é possível impor uma tensão senoidal livre de componentes harmônicas na saída do microinversor, permitindo avaliar a influência das perturbações da rede nas harmônicas da corrente de saída. Para 170 W de potência injetada na rede elétrica, obteve-se o espectro harmônico representado na Figura 6.14, com o protótipo conectado à rede elétrica do laboratório, e na Figura 6.15, conectado à fonte ca.

Nota-se, pelos resultados, que a presença de conteúdo harmônico na rede elétrica influencia diretamente na qualidade da corrente injetada nesta, aumentando significativamente a amplitude dos harmônicos de maior ordem. Como soluções, podem-se citar a inserção de

0 1 2 3 4 5 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 Amplitude [%] NBR16149 [%]

Resultados Experimentais 191

compensadores ressonantes adicionais; o aumento da largura de banda do compensador; ou o aumento da indutância total do filtro LCL. A primeira solução implica maior processamento de código; a segunda, menor margem de fase; e a terceira, maior peso e volume no filtro. Para trabalhos futuros, propõe-se a escolha da terceira solução.

  Figura 6.14 – Análise harmônica para o microinversor conectado à rede.

  Figura 6.15 – Análise harmônica para o microinversor conectado à fonte ca.

A curva de rendimento do protótipo de microinversor está esboçada na Figura 6.16. O eixo das abscissas quantiza a porcentagem da potência nominal de entrada (250 W) processada pelo teste, enquanto as ordenadas indicam o rendimento do conversor.

O rendimento de pico do conversor atingiu 87,6 % para 252 W de potência na entrada. Nota-se uma queda abrupta no rendimento para baixas potências processadas, justificada pelo uso da modulação dois níveis. O conversor, com essa modulação, opera com alta circulação de reativos, dado que a corrente no indutor L1 sempre excurciona com a mesma amplitude, independentemente da magnitude da corrente de saída. O rendimento é, consequentemente, degradado.

0 1 2 3 4 5 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 Amplitude [%] Norma [%] 0 1 2 3 4 5 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 Amplitude [%] Norma [%]

  Figura 6.16 – Curva de rendimento para parcelas da potência nominal.

Calculou-se também o rendimento do conversor considerando a ponderação internacional CEC [1], conforme equação (6.1). Esse cálculo leva em conta a irradiância solar que atinge determinada região, buscando estimar o rendimento do conversor ao longo de um ano de operação sob determinada condição climática. A ponderação CEC é Americana, existindo também a poderação EUR, aplicada aos inversores da Europa. O valor do rendimento CEC do protótipo de microinversor ficou calculado em 80,3 %. 10% 20% 30% 50% 75% 100% 0, 04 0, 05 0,12 0, 21 0,53 0, 05 CEC                 (6.1) 6.4 CONCLUSÃO

Este capítulo dissertou sobre os principais resultados obtidos a partir da experimentação do protótipo de microinversor construído. Os testes foram realizados com o conversor conectado à rede elétrica monofásica do laboratório e com o acoplamento tanto de fonte cc quanto do módulo fotovoltaico KB260-6BPA à entrada.

As formas de onda demonstraram coerência com os resultados de simulação. As malhas de controle projetadas foram validadas e os algoritmos de partida e proteção programados funcionaram adequadamente, efetuando a conexão do conversor à rede e sua desconexão de maneira segura e não traumática. O método de anti- ilhamento também apresentou funcionamento adequado; e a proposta de redução da oscilação de 120 Hz do barramento cc principal com o uso

0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 Rendim ento [%]

Resultados Experimentais 193

de filtragem ativa apresentou os resultados experimentais esperados. Quanto à adequação às normas, a THD da corrente injetada na rede na potência nominal ficou abaixo dos 5 % limite. Já as restrições relativas à amplitude das componentes harmônicas de corrente não foram totalmente obedecidas, em função do teste ter sido realizado com o conversor conectado diretamente à rede elétrica, a qual contém conteúdo harmônico elevado o suficiente para não ser filtrado pela indutância do filtro LCL. O conversor apresentou também componente cc acima do permitido, provavelmente em função da não presença de um polo na origem do compensador multirressonante.

O rendimento da estrutura construída ficou aquém do desejado. Enquando o mercado de microinversores possuí rendimento médio de 96 %, o protótipo apresentou 88 % (pico). Não foram incluídas no cálculo do rendimento as perdas nos circuitos auxiliares (DSC, condicionamento e drivers). O baixo rendimento foi justificado pela utilização da modulação dois níveis, que acarreta alta circulação de reativos no indutor de alta frequência e nos interruptores de potência em qualquer faixa de operação.

Capítulo 7