Publicação
Desenvolvimento de um micro-inversor para sistemas de energias renováveis em micro-redes distribuídas
| Resumo: | A sustentabilidade e o equilíbrio do planeta é, hoje em dia, um dos maiores problemas discutidos a nível mundial. As alterações climáticas, principalmente devido à utilização indevida e excessiva de combustíveis fósseis, já não são somente uma preocupação, mas uma realidade bem acentuada que urge ser colmatada. Dentro deste contexto e com o objetivo de obter energia a partir de fontes naturais e inesgotáveis, a aposta em energias renováveis (ER) começa a ganhar expressão no mercado. Contudo, a eletricidade gerada através destas fontes toma um perfil intermitente que, por vezes, não coincide com a demanda. Neste sentido, a inclusão de sistemas de armazenamento de energia (SAE) é tomada como extremamente relevante, dado que os períodos de baixa produção poderão ser compensados e, assim, garantir um fornecimento constate de energia a uma habitação, mesmo em caso de falha na rede. Atualmente, esta apresenta uma topologia pouco eficiente, onde a geração de energia está bem caracterizada e centralizada. É de esperar que a curto/médio prazo, a inclusão das ER tenha o objetivo de descentralizar a produção, contribuindo para o equilíbrio da rede numa perspetiva de Smart Grid (SG). Face à crescente proliferação de cargas CC e de sistemas de geração para autoconsumo, as DC Smart Microgrids têm vindo a receber especial atenção da comunidade científica ao longo da última década. A adoção desta estrutura para a rede elétrica possibilitaria uma redução significativa do número de conversores empregues neste tipo de aplicações, aumentando deste modo a eficiência dos sistemas de geração e de armazenamento de energia. Assim, esta dissertação assenta sobre a implementação de um sistema de baixa potência (3,6 kW) que permite, através de um único ponto de ligação a uma rede de corrente contínua (CC), a interface de uma fonte de ER (painéis solares fotovoltaicos) e de um SAE (baterias). O equipamento é baseado em conversores de eletrónica de potência (EP) e empregue com novas tecnologias de semicondutores a comutar a altas frequências - p. ex., utilizando tecnologia SiC. Através de um conversor Dual Active Bridge (DAB), é ainda garantido o isolamento galvânico entre a rede CC e o conjunto dos painéis fotovoltaicos com as baterias. Mais ainda, os algoritmos de controlo desenvolvidos permitem otimizar a extração da máxima potência dos painéis solares (MPPT - Maximum Power Point Tracking) e realizar os processos de carga e descarga das bateria de forma controlada. Os modos de operação do micro-inversor propostos nesta dissertação são concebidos de acordo com as rotinas e necessidades energéticas do consumidor e aplicados em situações reais no seu quotidiano. Todas as topologias, e respetivas estratégias de controlo, que podem ser aplicadas ao circuito de potência serão simuladas com recurso à ferramenta PSIM. Posteriormente irá ser efetuado o desenvolvimento da solução proposta e obtidos os resultados experimentais que a validem. |
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| Autores principais: | Coelho, Sérgio Miguel da Silva |
| Assunto: | Conversor bidirecional DC smart microgrid Energias renováveis Sistemas de armazenamento de energia Smart grid Bidirectional converter Energy storage systems Renewable energies |
| Ano: | 2019 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A sustentabilidade e o equilíbrio do planeta é, hoje em dia, um dos maiores problemas discutidos a nível mundial. As alterações climáticas, principalmente devido à utilização indevida e excessiva de combustíveis fósseis, já não são somente uma preocupação, mas uma realidade bem acentuada que urge ser colmatada. Dentro deste contexto e com o objetivo de obter energia a partir de fontes naturais e inesgotáveis, a aposta em energias renováveis (ER) começa a ganhar expressão no mercado. Contudo, a eletricidade gerada através destas fontes toma um perfil intermitente que, por vezes, não coincide com a demanda. Neste sentido, a inclusão de sistemas de armazenamento de energia (SAE) é tomada como extremamente relevante, dado que os períodos de baixa produção poderão ser compensados e, assim, garantir um fornecimento constate de energia a uma habitação, mesmo em caso de falha na rede. Atualmente, esta apresenta uma topologia pouco eficiente, onde a geração de energia está bem caracterizada e centralizada. É de esperar que a curto/médio prazo, a inclusão das ER tenha o objetivo de descentralizar a produção, contribuindo para o equilíbrio da rede numa perspetiva de Smart Grid (SG). Face à crescente proliferação de cargas CC e de sistemas de geração para autoconsumo, as DC Smart Microgrids têm vindo a receber especial atenção da comunidade científica ao longo da última década. A adoção desta estrutura para a rede elétrica possibilitaria uma redução significativa do número de conversores empregues neste tipo de aplicações, aumentando deste modo a eficiência dos sistemas de geração e de armazenamento de energia. Assim, esta dissertação assenta sobre a implementação de um sistema de baixa potência (3,6 kW) que permite, através de um único ponto de ligação a uma rede de corrente contínua (CC), a interface de uma fonte de ER (painéis solares fotovoltaicos) e de um SAE (baterias). O equipamento é baseado em conversores de eletrónica de potência (EP) e empregue com novas tecnologias de semicondutores a comutar a altas frequências - p. ex., utilizando tecnologia SiC. Através de um conversor Dual Active Bridge (DAB), é ainda garantido o isolamento galvânico entre a rede CC e o conjunto dos painéis fotovoltaicos com as baterias. Mais ainda, os algoritmos de controlo desenvolvidos permitem otimizar a extração da máxima potência dos painéis solares (MPPT - Maximum Power Point Tracking) e realizar os processos de carga e descarga das bateria de forma controlada. Os modos de operação do micro-inversor propostos nesta dissertação são concebidos de acordo com as rotinas e necessidades energéticas do consumidor e aplicados em situações reais no seu quotidiano. Todas as topologias, e respetivas estratégias de controlo, que podem ser aplicadas ao circuito de potência serão simuladas com recurso à ferramenta PSIM. Posteriormente irá ser efetuado o desenvolvimento da solução proposta e obtidos os resultados experimentais que a validem. |
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