CRITÉRIOS DE PROJETO 1 TENSÃO DE ENTRADA E

Quando existir o menor valor de tensão nos terminais do módulo fotovoltaico e uma elevada corrente disponível, ocorrerá o pior caso de operação do conversor Zeta, pois para extrair toda a corrente disponível pelo módulo fotovoltaico com uma tensão baixa, é necessário um elevado valor de razão cíclica. Este fato ocorre a uma temperatura de 60 °C e irradiância solar de 1000 W/m². Se a indutância Leq for dimensionada para essa condição, para

qualquer outra condição é assegurado que o conversor não entrará no MCC.

Deve-se levar em consideração a característica não-linear do módulo fotovoltaico, para que a tensão de entrada E do conversor seja determinada. A tensão de entrada E deve ser escolhida de acordo com o ponto de operação crítico.

Com base nas considerações feitas acima, e considerando um determinado número de módulos fotovoltaicos em série (NS), a tensão de entrada E para uma temperatura de 60 °C e

irradiância solar de 1000 W/m² pode ser definida por:

6 ° = � _6 ° (5.125)

5.8.2 RAZÃO CÍCLICA CRÍTICA

Baseando-se no exposto para a obtenção da expressão (5.67), quando uma baixa tensão e uma elevada corrente forem disponibilizadas pelo módulo fotovoltaico, o sistema irá operar

113 com uma razão cíclica crítica. Esta condição ocorre com uma temperatura de 60 °C e irradiância de 1000 W/m², definindo assim a razão cíclica crítica como Dmax_60°C.

Portanto, para fins de otimização de desenvolvimento do conversor, pode-se fazer com que este opere no limite do modo de condução descontínuo, ou seja, no modo de condução crítico (MCCcrit), quando o módulo fotovoltaico estiver neste ponto de operação. Sendo assim,

tem-se:

� 6 ° =

max _6 °

− max _6 ° (5.126)

Para se obter a razão cíclica crítica, pode-se isolar Dmax_60°C. Qualquer valor menor que

este mantém o conversor no MCD.

max _6 ° = �

�+ 6 ° (5.127)

5.8.3 INDUTÂNCIA EQUIVALENTE Leq

A indutância Leq deve ser dimensionada para o pior caso de operação do conversor,

logo, a potência de entrada média PE a ser utilizada é a potência produzida pelo módulo

fotovoltaico à temperatura de 60 °C e irradiância solar de 1000 W/m².

= 6 ° max _6 °

_6 ° (5.128)

5.8.4 INDUTOR DE SAÍDA Lo

Deve-se sintonizar a constante de tempo τLoem uma frequência maior do que o dobro da

frequência da rede ωrede, pois dependendo do valor de Lo e R, o filtro passa-baixa formado

pode distorcer a onda da corrente retificada por atenuação da componente de baixa frequência (120 Hz), conforme mostra a Figura 5.10.

114

Figura 5.10 - Resposta em frequência do filtro passa-baixa formado pelo indutor Lo e a carga R.

Fonte: Adaptado de (LOPEZ, 2009).

Com isso, sintonizando τLo uma década acima da componente de baixa frequência,

chega-se a:

. . � � _(5.129)

Utilizando a expressão (5.51) e multiplicando o lado direito da expressão acima por

VRmax/VRmax, tem-se:

�

� � � � (5.130)

Com a expressão (5.83) obtém-se uma restrição quanto ao maior valor possível do indutor de saída Lo em função da tensão de pico da rede elétrica VRmax, potência nominal a ser

injetada na rede Po e frequência da rede ωrede em Hz:

_{� �}� = _{� � �}� (5.131)

5.8.5 CAPACITOR DE ACOPLAMENTO

Deve-se sintonizar a constante de tempo τLoem uma frequência maior do que o dobro da

115 pode distorcer a onda da corrente retificada por atenuação da componente de baixa frequência (120 Hz), conforme mostra a Figura 5.11.

Figura 5.11 - Resposta em frequência do filtro passa-baixa formado pelo capacitor C e a carga R.

Fonte: Adaptado de (LOPEZ, 2009).

Com isso, sintonizando τLo uma década acima da componente de baixa frequência,

chega-se a:

. . � � (5.132)

Utilizando a expressão (5.51) e multiplicando o lado direito da expressão acima por

VRmax/VRmax, tem-se:

� �

� � � (5.133)

Para que toda a energia disponível na entrada seja transferida para a saída, deve-se garantir que o valor do capacitor C seja o maior possível. A tensão sobre o capacitor C deve acompanhar, em valor médio, a forma de onda da tensão da rede elétrica, que neste caso é a mesma tensão de saída do conversor. Utilizando a expressão (5.83), tem-se uma restrição quanto ao maior valor possível do capacitor de acoplamento C em função da tensão de pico da rede VRmax, potência a ser injetada na rede Po e frequência da rede ωrede em Hz:

=

� � � =

�

116 5.9 CONCLUSÕES

Inicialmente foram obtidas as equações que descrevem o comportamento temporal das correntes e das tensões nos diversos elementos que compõem o microinversor. A partir do estudo inicial foi possível a obtenção das expressões que descrevem o comportamento do valor médio, dentro de um período de comutação de alta frequência, das correntes nos componentes do conversor Zeta. Também foi possível se obter as equações dos valores médios e máximos das correntes nos componentes do conversor Zeta em um período de comutação de baixa frequência.

A partir deste estudo ficou evidente a característica linear que existe entre o ciclo de trabalho e a tensão de saída do conversor, caso a tensão de entrada, e a carga do conversor não variem, fazendo com que o tempo de condução do diodo também não varie. Isto permite a obtenção, na saída do conversor, de diversos padrões de formas de onda de tensão, bastando para tanto impor o padrão desejado ao ciclo de trabalho. Contudo, é importante salientar que a frequência, das formas de onda desejadas, deve ser bem inferior, a frequência de comutação do conversor, e que as formas de onda obtidas na saída do conversor Zeta só podem assumir valores positivos.

Por fim foram apresentados os critérios de projeto do conversor Zeta, considerando a forma de onda senoidal da corrente de saída do conversor e os módulos fotovoltaicos usados na concepção deste trabalho.

CAPÍTULO 6