Tecnologia MPPT de otimização híbrida para sistemas fotovoltaicos sob sombreamento parcial

Da pv magazine Global

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia Vellore,  na Índia, conceberam um novo método híbrido  de rastreador de ponto de potência máxima (MPPT) para melhorar o rendimento energético em sistemas fotovoltaicos que operam sob condições parciais de sombreamento.

A técnica proposta utiliza um sistema de inferência ‘fuzzy’ Takagi-Sugeno baseado em rede adaptativa (ANFIS), um tipo especial de rede neural artificial. O ANFIS destina-se principalmente a limitar as desvantagens dos controladores de redes fuzzy e neurais, e em sistemas fotovoltaicos seu objetivo é reduzir falhas.

“As regras do ANFIS aproximam a função fotovoltaica de uma maneira não linear para uma maneira linear”, disseram os cientistas. “Além disso, essa rede é usada em sistemas de gerenciamento de energia para o bom funcionamento de baterias alimentadas por energia fotovoltaica.”

O novo método também é baseado no uso de controladores baseados no algoritmo de Grey Wolf Optimizer (GWO) ou ‘otimização do lobo cinzento’, que imita o comportamento social dos lobos cinzentos na caça.

“Neste algoritmo, há quatro parâmetros principais que são alfa, beta, delta e ômega”, observou a equipe de pesquisa. “A variável alfa (α) é ilustrada como uma solução ótima a partir das diferentes soluções possíveis ou ‘lobo líder’. Da mesma forma, as constantes beta (β) e delta (δ) são selecionadas como a segunda e terceira melhores soluções ideais do espaço de pesquisa. A solução de ‘lobo normal’ é dada por ômega (ω).”

A configuração proposta, de acordo com seus criadores, prevê uma taxa de convergência de exploração otimizada dos lobos, equilibrando sua população e busca por espaço. Ele também garante que a tensão fotovoltaica seja fornecida ao conversor de alimentação DC-DC para melhorar a tensão da fonte fotovoltaica para atender às futuras tensões da microrrede.

Os cientistas testaram o desempenho da técnica MPPT e do circuito conversor alimentado pelo sistema solar associado em uma série de simulações conduzidas em uma matriz fotovoltaica modelo de três diodos, por meio do software Matlab-Simulink. Um capacitor do lado da fonte filtrava as ondulações de energia fotovoltaica e protegia os interruptores em variações rápidas de tensões de alimentação. Um indutor de alimentação carregou a tensão de alimentação fotovoltaica sob a condição de viés de avanço do MOSFET e suavizou a tensão de alimentação.

“O MOSFET é utilizado porque suas propriedades são menor tensão gate-to-source necessária para ir conduzir, opera alta eficiência em baixas tensões nominais, consiste em alta resistência da fonte para limitar a corrente da comporta, resposta de trabalho rápida, além de menor possibilidade de danos”, explicaram os acadêmicos.

A simulação considerou parâmetros como oscilações entre MPP, extração de potência de saída, tempo de sedimentação do MPP, dependência da modelagem fotovoltaica, valor do dever de operação do conversor, precisão de detecção de erros do MPPT, complexidade do algoritmo, velocidade de rastreamento, ajuste periódico necessário e número de parâmetros de detecção utilizados.

O grupo de pesquisa afirmou que a nova técnica MPPT híbrida pode fornecer “bons resultados” quando comparada com outros métodos MPPT, com a tensão da fonte fotovoltaica subindo de um nível para outro. “Os méritos do conversor utilizado são fácil compreensão, alta confiabilidade, além de menor preço para implementar”, acrescentou.

As descobertas foram introduzidas no artigo “A novel on design and implementation of hybrid MPPT controllers for solar PV systems under various partial shading conditions”, publicado em scientific reports.