Modelagem, projeto e implementação de um inversor monofásico para sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica.

Abstract

Um inversor é um conversor de potência capaz de transformar sinais de corrente contínua em sinais de corrente alternada. Os inversores que operam nos sistemas de geração distribuída conectados à rede elétrica, são comumente chamados de inversores on-grid ou grid-tie. Este trabalho trata do estudo e da metodologia necessária para construção de um inversor de tensão monofásico capaz de operar conectado à rede elétrica, com aplicação voltada para sistemas de geração distribuída a partir de fontes alternativas. São abordadas as etapas de projeto e implementação do protótipo. Na etapa de projeto, foi realizada a modelagem matemática dos estágios conversores e elementos passivos, sintonia dos controladores, implementação do algoritmo de controle em linguagem C e por fim a simulação computacional dos circuitos. Já a partir dos testes práticos, foi possível realizar a comparação técnica entre alguns dos resultados simulados e os experimentais. Além do estágio inversor propriamente dito, foi projetado um estágio elevador de tensão (boost) para conexão dos módulos fotovoltaicos, assim como a utilização da técnica MPPT (Maximum Power Point Tracking) que aplica o algoritmo P&O (Perturbação e Observação) para rastreamento da máxima potência/rendimento dos painéis fotovoltaicos. O sistema conta ainda com um controlador PLL (Phase-Locked Loop) para obtenção do sincronismo com a tensão da rede e com um controlador do tipo ressonante para otimização do controle da malha de corrente em regime permanente. Quanto à legislação vigente aplicada a essa área, são abordados de forma objetiva alguns dos requisitos para conexão de geradores fotovoltaicos à rede elétrica de distribuição. Embora já se tenha uma variedade de marcas e modelos de inversores grid-tie disponíveis comercialmente, inclusive com custos relativamente baixos, o intuito da realização deste trabalho é a compreensão detalhada dos procedimentos passo a passo, uma vez que este conhecimento serve de base para trabalhos futuros mais avançados, por exemplo na área de microredes, que são estruturas mais complexas que partem do mesmo princípio teórico e metodológico descrito aqui, e ao que tudo indica, é uma área muito promissora para o futuro da eletrônica de potência.