Nova abordagem para melhorar o MPPT em sistemas fotovoltaicos parcialmente sombreados em altas temperaturas

Da pv magazine Global

Pesquisadores da Universidade Al-Ahliyya Amman, na Jordânia, e da Universidade de Ciência e Tecnologia de Adis Abeba, na Etiópia, desenvolveram uma nova metodologia para rastrear o ponto de potência máxima global (GMPP, sigla em inglês para Global Maximum Power Point) em sistemas fotovoltaicos parcialmente sombreados.

O GMPP define a capacidade de um inversor de varrer a curva IV de um sistema fotovoltaico e identificar a tensão do arranjo na qual ocorre o ponto de potência máxima global. Quando um sistema fotovoltaico está sob condições parcialmente sombreadas, sua curva característica de potência-tensão de saída gera múltiplos picos locais. Sob estas condições, os métodos convencionais de Rastreamento do Ponto de Potência Máxima (MPPT, na sigla em inglês para Maximum Power Point Tracking) podem falhar em maximizar a potência de saída, pois rastreiam o ponto de potência máxima local (MPP) em vez do MPP global (GMPP).

“Nosso modelo gera benefícios ao simular 33% menos perda de energia, apresentando uma capitalização inferior a três vezes em comparação com métodos alternativos de estabilidade”, disseram os cientistas.

A metodologia proposta é baseada no algoritmo genético (GA), que é capaz de resolver problemas de otimização restritos e irrestritos com base em um processo de seleção natural que mimetiza a evolução biológica, e no controlador backstepping (BSC), que é uma técnica recursiva comumente usada para extrair a potência máxima do sistema fotovoltaico. Funciona dividindo o problema de controle não linear em uma série de subsistemas mais simples.

O algoritmo BSC ajusta o sinal de modulação de largura de pulso (PWM, de pulse width modulation), que governa a operação do sistema através do conversor conectado à carga, enquanto o algoritmo genético calcula os ganhos do BSC para alcançar um resultado ideal do sistema fotovoltaico. “O objetivo principal é verificar a tensão ideal do módulo fotovoltaico (FV), que está restrita na faixa de 0 V e na tensão de circuito aberto”, explicaram os pesquisadores.

O grupo testou a nova abordagem em um sistema fotovoltaico simulado localizado em Maroua, Camarões. Consistia em três painéis de 55 W interligados em série, um conversor DC-DC e uma carga resistiva com valor de 150 Ω. “Há um aumento notável e significativo da temperatura na área especificada, caracterizada por condições áridas e altas temperaturas semelhantes às encontradas num clima semidesértico”, explicaram os acadêmicos.

Eles disseram que a técnica proposta foi capaz de alcançar a estabilização do sistema fotovoltaico em apenas 0,06 segundos, ao mesmo tempo que mostrou resiliência “excepcional”. Eles também observaram, no entanto, que a nova metodologia precisa ser validada por experimentos futuros. “Nosso método detectou e mitigou com precisão os efeitos de sombreamento parcial, visando o ponto de potência máxima global para minimizar a perda de energia”, concluíram.

Suas descobertas foram apresentadas no artigo “Enhancing MPPT performance for partially shaded photovoltaic arrays through backstepping control with Genetic Algorithm-optimized gains”, publicado na Scientific Reports.