O CBQ pode operar em quatro modos de conduc¸ ˜ao diferentes. O primeiro modo ´e quando ambos indutores est ˜ao em CCM, o segundo quando ambos est ˜ao em DCM e os dois ´ultimos modos s ˜ao quando apenas um dos indutores est ´a em DCM. O modo CCM do CBQ pode ser visto por meio das Figuras de 23 a 25. Isso se deve ao fato de que a tens ˜ao nos diodos possuem apenas dois est ´agios, diferentemente dos outros modos DCM que apresentam tr ˆes est ´agios, variando sobre qual componente ser ´a feita an ´alise de acordo com o modo de operac¸ ˜ao (YAN et al., 2013).
A Tabela 21 apresenta uma comparac¸ ˜ao entre os valores te ´oricos e pr ´aticos de tens ˜ao sobre os diodos e a chave do CBQ e o erro percentual relativo dos mesmos.
Tabela 21 – Comparac¸ ˜ao entre valores te ´oricos e pr ´aticos da
tens ˜ao dos diodos e da chave do prot ´otipo do CBQ.
Vari ´avel Valor te ´orico Valor pr ´atico Erro (%)
V D1BQ −57, 34561 V −53, 3 V 7, 05479 V D2BQ −56, 72326 V −55, 8 V 1, 62766 V D3BQ −156, 90311 V −165 V 5, 16044 V SWBQ 93, 09689 V 89, 2 V 4, 1858
Fonte: Autoria pr ´opria.
6.2 AN ´ALISE DOS RESULTADOS
Os valores obtidos na pr ´atica foram relativamente pr ´oximos dos valores te ´oricos, sendo o maior erro percentual relativo de 7, 05479%. A diferenc¸a entre te- oria e pr ´atica pode estar atribu´ıda a alguns fatores n ˜ao considerados, como a o efeito ESR dos capacitores, a resist ˆencia das trilhas, perdas no chaveamento ou at ´e mesmo em valores diferentes dos fatores considerados, como a resist ˆencia da chave ou das tens ˜oes de conduc¸ ˜ao dos diodos, devido a temperatura de operac¸ ˜ao dos conversores. A diferenc¸a tamb ´em podem estar atribu´ıda a resoluc¸ ˜ao dos resultados obti- dos do oscilosc ´opio utilizado nas medic¸ ˜oes. O equipamento realiza o c ´alculo da m ´edia do sinal em func¸ ˜ao do que ´e mostrado na tela do mesmo, assim o mais correto seria a apresentac¸ ˜ao de um sinal com ciclos completos. Na pr ´atica os resultados obtidos n ˜ao foram com ciclos completos, o que gera uma diferenc¸a no c ´alculo da m ´edia realizado pelo oscilosc ´opio, por ´em a quantidade de ciclos (7) minimizou a diferenc¸a de valor gerado pela medic¸ ˜ao com ciclos incompletos. O equipamento tamb ´em apresenta uma quantidade menor de n ´umeros significativos do que a considerada na teoria.
Quando analisadas as estimativas de rendimento de ambos os converso- res, conforme as Tabelas 17 e 19, o valor encontrado na pr ´atica foi pr ´oximo do te ´orico
6.2 An ´alise dos resultados 54
e mais do que isso, quando comparados, o CB apresenta uma efici ˆencia superior ao CBQ, conforme previsto na teoria para as condic¸ ˜oes desse projeto, conforme Tabela 22.
Tabela 22 – Comparac¸ ˜ao dos valores pr ´aticos da estimativa de ren-
dimentos dos prot ´otipos do CB e CBQ.
Vari ´avel Valor pr ´atico CB Valor pr ´atico CBQ
η 0, 92761 0, 90011
Fonte: Autoria pr ´opria.
Essa diferenc¸a pode estar relacionada ao maior n ´umero de componentes que o CBQ possui em relac¸ ˜ao ao CB e tamb ´em a pr ´opria topologia, que acaba re- sultando em maiores esforc¸os de tens ˜ao ou corrente em alguns componentes, como a chave SW . A Tabela 23 apresenta uma comparac¸ ˜ao, com valores da simulac¸ ˜ao do projeto, dos esforc¸os sobre a chave SW e a perda na conduc¸ ˜ao, para ambos os conversores.
Tabela 23 – Comparac¸ ˜ao entre os valores te ´oricos de tens ˜ao e
corrente na chave SW dos CB e CBQ.
Vari ´avel Valor te ´orico CB Valor te ´orico CBQ
V SW 36, 16846 V 92, 90341 V
I SW 4, 56037 A 4, 80341
V SW(pk) 255, 08287 V 254, 04229 V I SW(pk) 6, 01589 A 8, 54765 A
P SW 6, 56624 W 9, 87394 W
Fonte: Autoria pr ´opria.
´
E poss´ıvel observar na Tabela 23 que a chave SW do CBQ possui pico de tens ˜ao semelhante e pico de corrente maior que a do CB, e tamb ´em maiores per- das por conduc¸ ˜ao. Isso acontece porque quando o CBQ est ´a operando na primeira etapa, chave fechada, a corrente de L1BQ e L2BQ passam pela chave, decorrente da mudanc¸a da chave SW 1 por D2 no conversor boost em cascata.
55
7 CONCLUS ˜AO
Com o crescente interesse nas energias renov ´aveis para gerac¸ ˜ao de ener- gia el ´etrica, a energia solar fotovoltaica tem se apresentado como uma boa alternativa para tal func¸ ˜ao. Relativamente nova no mercado a n´ıvel comercial, possui um custo de implementac¸ ˜ao e gerac¸ ˜ao relativamente alto quando comparados com as energias tradicionais de gerac¸ ˜ao de energia el ´etrica. O destaque da energia fotovoltaica tem levado a estudos para melhorar o processo de produc¸ ˜ao, criando novas alternativas e aumentando a efici ˆencia das j ´a existentes.
Dentre os estudos est ´a o aumento da efici ˆencia dos equipamentos que comp ˜oem o sistema de gerac¸ ˜ao de energia solar fotovoltaica, visando evitar des- perd´ıcios e tornar o neg ´ocio economicamente vi ´avel em relac¸ ˜ao aos custo do pro- cesso, de implementac¸ ˜ao e gerac¸ ˜ao.
Dos elementos que comp ˜oem o sistema de gerac¸ ˜ao de energia solar foto- voltaico est ´a o painel solar fotovoltaico. Esse funciona em conjunto com um conversor elevador CC-CC, elevando o n´ıvel de tens ˜ao da sa´ıda do painel para outro n´ıvel, de acordo com sua aplicac¸ ˜ao. A energia extra´ıda do painel ´e ent ˜ao processada pelo con- versor elevador CC-CC, que ent ˜ao al ´em de elevar o n´ıvel de tens ˜ao tem que apresen- tar uma efici ˆencia alta para que a energia n ˜ao seja desperdic¸ada. Tal evento ocorre em sistemas nanogrids fotovoltaicos n ˜ao isolados, sistemas de gerac¸ ˜ao com carac- ter´ısticas de cargas com baixas pot ˆencias. Dentre os conversores encontrados em tal aplicac¸ ˜ao, est ˜ao os conversores boost e boost quadr ´atico, de topologias relativamente simples.
O conversor boost apresenta a caracter´ıstica de conseguir altos ganhos de tens ˜ao sem a necessidade de transformadores, por ´em exige uma alta raz ˜ao c´ıclica de acionamento, o que resulta em uma reduc¸ ˜ao da efici ˆencia do conversor. O con- versor boost quadr ´atico tamb ´em apresenta como caracter´ıstica alto ganho de tens ˜ao sem a necessidade de transformadores, por ´em com uma raz ˜ao c´ıclica menor que o conversor boost, o que leva a ideia da comparac¸ ˜ao dos conversores, com topologias e quantidades de componentes diferentes.
Inicialmente foram realizadas duas an ´alises matem ´aticas em ambos os conversores. A primeira an ´alise efetuada foi considerando as n ˜ao idealidades do con-
7 Conclus ˜ao 56
versor, com isso buscando poder estimar a efici ˆencia e a limitac¸ ˜ao de ganho de tens ˜ao, j ´a que os conversores na pr ´atica possuem tal limitac¸ ˜ao. Tal an ´alise tamb ´em permite uma comparac¸ ˜ao mais pr ´oxima da pr ´atica. Posteriormente foi efetuada uma an ´alise considerando o conversor ideal, visando um meio de projetar e implementar o mesmo. Em seguida foi realizada uma comparac¸ ˜ao entre os resultados te ´oricos e simulados dos conversores n ˜ao ideais, buscando ratificar as equac¸ ˜oes e resultados encontrados na teoria. Na comparac¸ ˜ao realizada, os resultados encontrados foram pr ´oximos, sem nenhum resultado discrepante que pudesse indicar erros conceituais. Tamb ´em foi analisado a relac¸ ˜ao de ganho est ´atico e rendimento em func¸ ˜ao da raz ˜ao c´ıclica de ambos os conversores, buscando na teoria analisar o ganho de tens ˜ao que o conversor pode operar com um bom rendimento.
A pr ´oxima etapa foi a implementac¸ ˜ao dos prot ´otipos dos conversores. Inici- almente seria implementado apenas um prot ´otipo, por ´em optou-se pela implementac¸ ˜ao de ambos para validar e apresentar de maneira mais precisa a comparac¸ ˜ao entre am- bos. Os componentes foram dimensionados atrav ´es do projeto, que buscou aproximar a implementac¸ ˜ao da aplicac¸ ˜ao, aproximando o n´ıvel de ganho de tens ˜ao e a pot ˆencia que os prot ´otipos iriam operar. Isso devido ao fato de que a tens ˜ao de entrada dos prot ´otipos foi feita por meio de uma fonte CC, que n ˜ao ´e um representac¸ ˜ao equiva- lente do painel solar fotovoltaico, mas que mesmo assim permite uma estimativa da efici ˆencia de ambos conversores.
Alguns componentes como chave e diodos foram comprados, e outros como os indutores e as placas de circuito impresso foram projetados e confeccionados. Pos- teriormente, com ambos prot ´otipos implementados, foi realizado os testes e obtidos os resultados. Em ambos os casos buscou-se manter os mesmos valores para a tens ˜ao de entrada, de sa´ıda e a frequ ˆencia de operac¸ ˜ao dos conversores, para que o ganho est ´atico fosse o mesmo, deixando assim a estimativa da efici ˆencia em func¸ ˜ao da raz ˜ao c´ıclica, que foi analisada em ambos os casos.
Os dados obtidos na pr ´atica para a estimativa dos rendimentos foram pr ´oxi- mos dos valores te ´oricos, podendo ser as diferenc¸as resultantes de simplificac¸ ˜oes re- alizadas para tal c ´alculo te ´orico, outros efeitos pr ´aticos n ˜ao considerados na an ´alise matem ´atica e tamb ´em a poss´ıveis diferenc¸a nos valores considerados, j ´a que os mes- mos dependem de alguns fatores mais complexos de aferir, como a temperatura de operac¸ ˜ao.
Assim como na teoria, o conversor boost, mesmo com uma raz ˜ao c´ıclica mais elevada, apresentou um valor estimado de efici ˆencia mais elevado que o con-
7 Conclus ˜ao 57
versor boost quadr ´atico. Essa diferenc¸a poder estar relacionada com a quantidade de componentes que o conversor boost quadr ´atico possui e a sua topologia, aumentando os esforc¸os nos componentes como na chave, conforme comparac¸ ˜ao via simulac¸ ˜ao realizada. Assim, para tal faixa de ganho est ´atico e pot ˆencia, o conversor boost se mostra mais eficiente que o conversor boost quadr ´atico, diminuindo os desperd´ıcios de energia no processo de elevar o n´ıvel de tens ˜ao.
Portanto, para trabalhos futuros sugerem-se que sejam realizadas an ´alises sobre a influ ˆencia de cada n ˜ao idealidade na efici ˆencia dos conversores e tamb ´em um estudo da influ ˆencia do ganho est ´atico e da pot ˆencia na efici ˆencia dos conversores, dessa forma podendo, se houver, identificar pontos de operac¸ ˜ao em que o conversor boost quadr ´atico apresente maior efici ˆencia que o conversor boost.
58
REFER ˆENCIAS
ALTIN, Necmi; OZTURK, Ertan. Maximum Power Point Tracking Quadratic Boost Con- verter for Photovoltaic Systems.ECAI 2016 - International Conference - 8th Edition,
2016.
ANEEL, Ag ˆencia Nacional de Energia El ´etrica.Atlas de Energia El ´etrica do Brasil.
2. ed . - Bras´ılia: [s.n.], 2005. Dispon´ıvel em: <http://goo.gl/QSqPX3>. Acesso em: 03 abr. 2017.
ANEEL, Ag ˆencia Nacional de Energia El ´etrica.Atlas de Energia El ´etrica do Brasil.
3. ed . - Bras´ılia: [s.n.], 2008. Dispon´ıvel em: <http://goo.gl/o0yAbA3>. Acesso em: 03 abr. 2017.
ANEEL, Ag ˆencia Nacional de Energia El ´etrica. Lugar ao Sol. 2016. Dispon´ıvel em:
<http://goo.gl/7WTfbx>. Acesso em: 04 abr. 2017.
ANEEL, Ag ˆencia Nacional de Energia El ´etrica.Banco de Informac¸ ˜oes de Gerac¸ ˜ao: Capacidade de Gerac¸ ˜ao do Brasil. 2017. Dispon´ıvel em: <http://goo.gl/vzo1MB>.
Acesso em: 04 abr. 2017.
BARBI, Ivo. Modelagem de conversores CC-CC empregando modelo m ´edio em espac¸o de estados. 2014.
BARBI, Ivo; FONT, Carlos Henrique Illa; ALVES, Ricardo Luis. Projeto f´ısico de indu- tores e transformadores. 2002.
BEENA, Anish Benny K. H. Analysis and Implementation of Quadratic Boost Converter for Nanogrid Applications.International Journal of Advanced Research in Electri- cal, Electronics and Instrumentation Engineering, v. 04, n. 07, p. 6043–6048, 2015.
ISSN 23203765.
BRYAN, J; DUKE, R; ROUND, S. Decentralized generator scheduling in a nanogrid using DC bus signaling.IEEE Power Engineering Society General Meeting, v. 1, p.
977–982, 2004.
CHOUDHURY, Tanmoy Roy; NAYAK, Byamakesh. Comparison and analysis of casca- ded and Quadratic Boost Converter. 2015 IEEE Power, Communication and Infor- mation Technology Conference, PCITC 2015 - Proceedings, n. October 2015, p.
78–83, 2016.
DEVI, IS Sree; PRABHA, DM Mary Synthia Regis. Survey on nanogrid converters.
Indian Journal of Science and Technology, Indian Society for Education and Envi-
ronment, v. 8, n. 24, p. 1, 2015.
ERICKSON, Robert W; MAKSIMOVIC, Dragan.Fundamentals of power electronics.
Refer ˆencias 59
HART, Daniel W.Electr ´onica de Pot ˆencia. [S.l.]: PEARSON EDUCACI ´ON, 2001. IR. International Rectifier. datasheet 30ETH06. 233 Kansas St., El Segundo, Cali-
fornia 90245, USA: [s.n.], 2001. Dispon´ıvel em: <goo.gl/7Rji6C>. Acesso em: 10 out. 2017.
IR. International Rectifier. datasheet IRFP460PbF. 233 Kansas St., El Segundo,
California 90245, USA: [s.n.], 2003. Dispon´ıvel em: <goo.gl/28du5s>. Acesso em: 10 out. 2017.
KOMAES.NINGBO ”KOMAES”SOLAR TECHNOLOGY CO., LTD. Monocrystalline Solar Module. Jifeng Road, Jishigang Industrial Zone, Yinzhou District, Ningbo, China:
[s.n.], 2017. Dispon´ıvel em: <goo.gl/yb8oGh>. Acesso em: 10 out. 2017.
KUMMAR, R. Selva; VIGNESH, C. J.; DEIVANAYAKI, V. P. Gayathri; NAVEENA, P. Design and Comparison of Quadratic Boost Converter with Boost Converter.Interna- tional Journal of Engineering Research and Technology, v. 5, n. 01, p. 877–881,
2016.
LOPES, J. L. D. Conversor boost quadr ´atico entrelac¸ado com multiplicac¸ ˜ao ca- pacitiva de tens ˜ao. 121 p. Dissertac¸ ˜ao (Mestrado) — Universidade Estadual de Lon-
drina, Londrina -PR, 2014.
MARTINS, Denizar Cruz; BARBI, Ivo.Eletr ˆonica de pot ˆencia: Conversores CC-CC b ´asicos n ˜ao isolados. [S.l.]: Edic¸ ˜ao dos Autores, 2006.
MARTINS, Fernando Ramos; PEREIRA, Enio Bueno; ABREU, Samuel Luna De; COLLE, Sergio. Brazilian atlas for solar energy resource: SWERA results. 2008.
2651–2655 p.
MOHAN, Ned; UNDELAND, Tore M. Power electronics: converters, applications, and design. [S.l.]: John Wiley & Sons, 2007.
NAVAMANI, J Divya; VEENA, ML; LAVANYA, A; VIJAYAKUMAR, K. Efficiency com- parison of quadratic boost DC-DC converter in CCM and DCM. 2015. 1156–1161 p.
NORDMAN, Bruce. Nanogrids: Evolving our electricity systems from the bottom up.In Darnell Green Power Forum, 2009.
SAADAT, Peyman; ABBASZADEH, Karim. A Single-Switch High Step-Up DC-DC Con- verter Based on Quadratic Boost. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELEC- TRONICS, v. 63, n. 12, p. 7733–7742, 2016.
SACE, Abb.Technical Application Papers No. 10–Photovoltaic plants. 2010.
SCALA, Massimo La; BRUNO, Sergio; NUCCI, Carlo Alberto; LAMONACA, S; STEC- CHI, Ugo. From Smart Grids to Smart Cities: New Challenges in Optimizing Energy Grids. [S.l.]: John Wiley & Sons, 2017.
SHANKLEMAN, Jess; MARTIN, C.Solar Could Beat Coal to Become the Cheapest Power on Earth. 2017. Dispon´ıvel em: <http://goo.gl/4MfqV6r>. Acesso em: 04 abr.
Refer ˆencias 60
TI. Texas Instruments. datasheet SGX524 Regulating Pulse-Width Modulators.
Texas Instruments, Post Office Box 655303, Dallas, Texas 75265: [s.n.], 2015. Dis- pon´ıvel em: <goo.gl/5Tx5Kb>. Acesso em: 13 out. 2017.
TSENG, K. C.; LIANG, Tsorng-Juu. Novel high-efficiency step-up converter. IEE Proceedings-Electric Power Applications, IET, v. 151, n. 2, p. 182–190, 2004.
YAN, Tiesheng; XU, Jianping; DONG, Zheng; SHU, Lisan; YANG, Ping. Quadratic boost pfc converter with fast dynamic response and low output voltage ripple. v. 2, p. 402–406, 2013.