Resultados Experimentais da Técnica Perturbe e Observe 1 Operação em Regime Permanente

Assim como realizado para a técnica de extração de máxima potência proposta, foi realizado o ensaio da operação em regime permanente da técnica P&O com condições ambientais diversas de temperatura (25ºC até 70ºC) e irradiância (400 W/m² até 1000 W/m²).

Em termos práticos, o único ajuste realizado foi a redução do passo de incremento/decremento de tensão de 1,0 V para 0,5 V com o mesmo fim da redução de Tolerância feito para a técnica proposta. A menor amplitude das perturbações utilizada traz melhorias no FR, já que as oscilações em torno do PMP são reduzidas, não sendo observados significativos prejuízos na resposta transitória em caráter prático.

A Figura 100 apresenta a resposta do sistema controlado pela técnica P&O nas condições limiares de temperatura (25ºC e 70ºC) e irradiância (400 W/m² e 1000 W/m²). Já a Figura 101 traz a interface do SAS para cada uma das situações da Figura 100, mostrando, além dos dados de tensão e corrente, a curva P-V característica e o ponto de operação atual. Por fim, a Tabela 18 apresenta o resumo da resposta obtida em todas as condições ambientais ensaiadas em regime permanente.

Figura 100 – Resposta experimental em regime permanente da técnica P&O com temperatura de 25ºC e irradiância em: a) 400 W/m2_{; b) 1000 W/m}2_{; e temperatura de 70ºC com irradiância em: c) 400 W/m}2_{; d) 1000 W/m}2_.

a) b)

c) d)

Fonte: Dados do próprio autor.

Os dados presentes na Tabela 18 revelam que o máximo desvio de tensão da técnica P&O em relação ao valor ideal, diante de todas as condições ambientais ensaiadas, é de -1,42% para a temperatura de 25ºC e irradiância de 600 W/m². Por outro lado, o menor desvio foi de 0,22%, observado em duas situações: 25ºC e 500 W/m² e 50ºC e 400 W/m².

A análise das colunas de potência máxima disponível (PMP) no SAS e potência média extraída (PPV) da Tabela 18 revela a proximidade dos seus valores, o que implica elevados fatores de rastreamento correspondentes. De modo geral, com base nos dados desta tabela o FR médio global apresentado pelo P&O foi 99,93%, revelando boa resposta de extração de máxima potência em regime permanente sob condições de irradiação solar uniforme.

Figura 101 – Interface do emulador fotovoltaico contendo resultados da técnica P&O com temperatura de 25ºC e irradiância em: a) 400 W/m2_{; b) 1000 W/m}2_{; e temperatura}

de 70ºC com irradiância em: c) 400 W/m2_{; d) 1000 W/m}2_.

a) b)

c) d)

Tabela 18 – Resumo dos resultados experimentais da técnica de P&O obtidos do SAS em regime permanente para diversas condições ambientais de operação.

Temp. das células [ºC] Irradiância [W/m2_] VMP [V] VPV média [V] Desvio [%] PMP [W] PPV média [W] FR médio [%] 25 400 156,30 156,75 0,29 480,00 479,47 99,89 500 157,65 158,00 0,22 605,00 604,33 99,89 600 158,25 156,00 -1,42 728,00 728,00 100,00 700 158,70 157,00 -1,07 850,00 849,32 99,92 800 158,85 158,00 -0,53 975,00 974,32 99,93 900 158,70 158,00 -0,44 1093,00 1092,67 99,97 1000 158,40 159,79 0,88 1213,00 1212,27 99,94 40 400 147,00 148,00 0,68 453,00 452,91 99,98 500 148,20 147,00 -0,81 573,00 572,26 99,87 600 148,95 151,00 1,37 687,00 686,73 99,96 700 149,25 148,00 0,84 807,00 806,84 99,98 800 149,40 150,00 0,40 922,00 921,54 99,95 900 149,25 148,00 -0,84 1035,00 1034,48 99,95 1000 148,95 151,00 1,34 1150,00 1150,00 100,00 55 400 137,70 138,00 0,22 427,00 426,66 99,92 500 138,90 140,00 0,79 540,00 539,62 99,93 600 139,50 138,00 -1,07 647,00 647,00 100,00 700 139,80 138,00 -1,29 760,00 759,01 99,87 800 139,95 138,00 -1,39 868,00 865,40 99,70 900 139,80 141,00 0,85 975,00 974,90 99,99 1000 139,50 138,00 -1,07 1083,00 1083,00 100,00 70 400 128,40 130,54 1,67 400,00 399,24 99,81 500 129,45 130,00 0,42 505,00 505,00 100,00 600 130,05 131,00 0,73 608,00 606,54 99,76 700 130,35 129,00 -1,04 710,00 710,00 100,00 800 130,50 129,00 -1,15 815,00 814,19 99,90 900 130,35 130,00 -0,27 915,00 911,16 99,58 1000 130,20 130,61 0,31 1018,00 1016,88 99,89

5.4.2 Operação em Regime Transitório

1) Grande perturbação de diminuição de irradiância: 1000 W/m2 _{para 400 W/m}2 _{em degrau com}

temperatura constante de 25ºC

Seguindo a mesma metodologia de ensaios empregada no caso da técnica de GMPPT proposta, o ensaio experimental transitório da técnica P&O com decréscimo na irradiância de 1000 W/m² para 400 W/m² em forma de degrau, sendo a temperatura mantida constante em 25ºC, está apresentado na Figura 102.

Figura 102 – Resposta experimental da técnica P&O submetida à redução de irradiância de 1000 W/m² para 400 W/m² em degrau com temperatura constante em 25ºC.

Fonte: Dados do próprio autor.

De início, fica evidente na Figura 102 a tensão VBar no elo CC controlada próxima do seu valor de referência de 400,0 V, o que revela a correta atuação da malha externa de tensão no controle do conversor CC – CA. Em termos da qualidade de injeção de corrente elétrica na rede, o resultado obtido é bastante semelhante ao da técnica proposta, já que os compensadores da malha interna utilizados são os mesmos nos dois casos e já tiveram sua resposta analisada (Figura 83).

Antes da queda de irradiância ocorrer, o sistema opera nas imediações do PMP com a tensão da fileira fotovoltaica emulada em 156,9 V. Uma vez inserida a perturbação descrita, a redução de potência de entrada leva ao decréscimo da tensão do elo CC até 338 V (15,5%), já que a malha externa de tensão do inversor não possui resposta instantânea ao distúrbio imposto e o pico de corrente

injetada diminui gradualmente no tempo, estabilizando-se em cerca de 228 ms. Já a tensão VBar, conforme esperado pela sua característica mais lenta, estabiliza-se em 535 ms.

A tensão VPV da fileira fotovoltaica, por sua vez, decresce, aproximadamente, 11 V (6,9%), o que demonstra atuação adequada do compensador PID na variação da razão cíclica de trabalho do conversor CC – CC de modo a manter a operação na tensão de referência designada pela técnica. Neste caso, a estabilização dá-se em 456 ms, sendo o valor final da tensão VPV próximo ao ideal, de acordo com o dado equivalente expresso na Tabela 18.

2) Grande perturbação de aumento de irradiância: 400 W/m2 _{para 1000 W/m}2 _{em degrau com}

temperatura constante de 25ºC

A Figura 103 traz a resposta do sistema controlado pela técnica P&O diante do acréscimo na irradiância de 400 W/m² para 1000 W/m² à temperatura constante de 25ºC. O regime permanente anterior ao distúrbio revela que esta técnica possui tensão de referência próxima ao ideal para este caso (158,4 V).

Figura 103 – Resposta experimental da técnica P&O submetida ao aumento de irradiância de 400 W/m² para 1000 W/m² em degrau com temperatura constante em 25ºC.

Fonte: Dados do próprio autor.

Com o aumento súbito na potência da fonte fotovoltaica emulada de 480 W para 1213 W, a tensão VBar cresce seu valor rapidamente até 507 V devido ao acúmulo de carga em CBar, o que representa sobrevalor percentual de 26,75%. Já a tensão VPV, por sua vez, chega até 168 V com

sobrevalor de 12,6%, aproximadamente. Estas tensões estabilizam-se, respectivamente, em 1,16 s e 0,84 s.

A corrente injetada na rede elétrica aumenta seu valor de pico de 2,9 A para 7,2 A quando no novo estado de operação, sendo o tempo de estabilização de 312 ms. Por fim, após passar pelo período transitório descrito, a tensão de operação média do SAS próxima de 156,6 V revela que o P&O segue sua operação próximo do ponto ideal para as condições ambientais de 25ºC e 1000 W/m².

5.5 Resultados Experimentais da Técnica Condutância Incremental