Controlador de carga baseado no conversor Buck intercalado com algoritmo MPPT para recarga de baterias em embarcações movidas a energia solar fotovoltaica

Abstract

Esta dissertação propõe um controlador de carga para um sistema fotovoltaico destinado à alimentação da embarcação Guarapuvu II, pertencente à equipe de competição Vento Sul Barcos Solares da UFSC. O controlador é projetado utilizando um conversor CC-CC Buck intercalado não isolado, utilizando duas células de comutação. Além disso, é empregado um método de rastreamento de máxima potência com base na medição da temperatura do módulo fotovoltaico, enfatizando a importância do controle de carga das baterias. O trabalho apresenta técnicas essenciais, como os Rastreadores do Ponto de Máxima Potência, para lidar com as variações na geração de energia fotovoltaica. Inicialmente, explora os conceitos fundamentais da geração fotovoltaica, métodos de rastreamento de máxima potência, análise de conversores CC-CC e a formulação de estratégias de controle para balanceamento de corrente. Aborda-se o dimensionamento dos componentes para permitir que o conversor Buck intercalado processe a energia proveniente de dois módulos fotovoltaicos de 450 W e recarregue um sistema de baterias. Cada conversor opera com uma frequência de comutação de 50 kHz, uma tensão de entrada no ponto de máxima potência de 42,11 V e uma tensão de recarga da bateria de 24 V. Os conversores CC-CC foram dimensionados para suportar até 500 W cada. Por fim, são apresentados os resultados experimentais que validam o correto funcionamento do controlador proposto.

Abstract: This master thesis proposes a charge controller for a photovoltaic system intended to power the Guarapuvu II vessel, belonging to the Vento Sul Solar Boats competition team at UFSC. The controller is designed using a non-isolated interleaved CC-CC Buck converter, employing two switching cells. Additionally, a maximum power point tracking method based on the measurement of the photovoltaic module?s temperature is employed, emphasizing the importance of battery charging control. The work presents essential techniques, such as Maximum Power Point Trackers, to deal with variations in photovoltaic energy generation. Initially, it explores the fundamental concepts of photovoltaic generation, maximum power point tracking methods, CC-CC converter analysis, and the formulation of control strategies for current balancing. Component sizing is addressed to enable the interleaved Buck converter to process energy from two 450 W photovoltaic modules and recharge a battery system. Each converter operates with a switching frequency of 50 kHz, an input voltage at the maximum power point of 42.11 V, and a battery recharge voltage of 24 V. The CC-CC converters were sized to support up to 500 W each. Finally, experimental results validating the correct operation of the proposed controller are presented.