Abstract— The utilization of solar energy has grown in the last decades, and due to the scarcity of fossil fuels and the awareness of the increasing greenhouse gases in the atmosphere, this energy tends to become predominant. For generating photovoltaic energy, photovoltaic modules are connected to converters to define the amount of energy provided to a load. A maximum power point tracking method is used to maximize the photovoltaic module output power considering the solar radiation and panel temperature. This work proposes the implementation of one-cycle control (OCC) to track the maximum power point of a photovoltaic module in direct current converters. This paper contains an analysis of response speed, reference tracking and transient, showing the applicability of the OCC technique.

Keywords— OCC, MPPT, DC-DC Converters, Boost.

I. INTRODUÇÃO TUALMENTE, uma variedade de trabalhos de pesquisa têm sido realizados quanto à utilização de energias

renováveis como recursos alternativos e quanto a preocupação global sobre os impactos ao meio ambiente pela produção de energia a partir de combustíveis fósseis. Entre as fontes de energia renováveis, a solar constitui uma escolha adequada para muitas aplicações, principalmente devido à possibilidade de conversão direta desta forma de energia em energia elétrica utilizando sistemas fotovoltaicos [1]. Um sistema fotovoltaico é constituído por: um painel fotovoltaico, que fornece energia elétrica para o sistema, um algoritmo de rastreamento que lê variáveis do painel e define o melhor ponto de operação, e um estágio de potência que faz com que o painel opere no ponto de operação calculado. Em sistemas fotovoltaicos, o principal objetivo do algoritmo de rastreamento é forçar o painel a operar no ponto de potência máxima (MPP ou, do inglês, Maximum Power Point). Rastreadores de máxima potência (MPPT ou, do inglês, Maximum Power Point Trackers) são algoritmos essenciais para maximizar o fluxo de energia do painel fotovoltaico para uma carga. O principal problema em atingir o MPP está diretamente relacionado com a diminuição da radiação solar e o aumento da temperatura do painel. As variações climáticas diminuem naturalmente a tensão de saída e a corrente elétrica do painel. A fim de superar este problema, vários métodos para extrair a máxima potência de painéis foram desenvolvidos. Estes métodos podem ser diferenciados

J. T. de Carvalho Neto, Universidade Federal do Rio Grande do Norte

(UFRN), Natal, Rio Grande do Norte, Brasil, joaoteixeira@dca.ufrn.br A. O. Salazar, Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN),

Natal, Rio Grande do Norte, Brasil, andres@dca.ufrn.br A. S. Lock, Universidade Federal da Paraíba (UFPB), João Pessoa,

Paraíba, aslock@cear.ufpb.br

com base em vários recursos, incluindo os tipos de sensores necessários, a velocidade de convergência, o custo, a escala de eficiência, e os requisitos de implementação de hardware [2, 3]. Devido às não-linearidades dos painéis fotovoltaicos e dos conversores chaveadores, a robustez, a resposta dinâmica e a rejeição de perturbações devem ser consideradas no mecanismo de rastreamento do MPP. O controle de modulação convencional é lento para responder à perturbação da fonte de alimentação (painel fotovoltaico) e um grande número de ciclos de comutação pode ser necessário antes que o estado estacionário seja atingido novamente. Os métodos de modulação comumente utilizados para conversores CC-CC utilizam modulação por largura de pulso (PWM ou, do inglês, Pulse Width Modulation) [2-4]. Há trabalhos recentes na literatura que implementam controladores não-lineares, a fim de corrigir problemas de sobretensão na saída do conversor em relação a perturbações em sistemas fotovoltaicos [4, 5].

A técnica de controle de um ciclo (OCC) foi utilizada em alguns trabalhos para rastrear o MPP em sistemas fotovoltaicos para aplicações de corrente alternada. Foi demonstrado que o OCC tem implementação de baixo custo e proporciona uma resposta rápida sem transitórios indesejáveis [6-10]. Os trabalhos realizados em [6, 7] propuseram um controlador OCC (analógico) combinado com um algoritmo de rastreamento de MPP (digital) aplicado a um inversor monofásico. Os resultados experimentais mostraram a multiobjetividade do controlador OCC no rastreamento da máxima potência fornecida pelo painel e na regulação do fator de potência do inversor. Alguns trabalhos comparam a técnica OCC com técnicas de controle baseado na modulação PWM [11, 12]. Diante dos trabalhos apresentados, verificou-se que a técnica OCC mostra melhor desempenho do que a PWM em relação à velocidade de resposta, seguimento da referência, rejeição de distúrbios e da resposta dinâmica.

O objetivo principal deste trabalho consiste na introdução das características da modulação OCC em conjunto com um algoritmo de rastreamento do MPP em um conversor CC-CC fornecendo uma resposta rápida, um bom rastreamento de referências, rejeição de distúrbios e uma boa resposta dinâmica. O modelo do sistema fotovoltaico e o algoritmo de MPPT proposto neste trabalho é mostrado na Seção II. A Seção III introduz a teoria de controle OCC através de um resumo geral. A Seção IV é dedicada à discussão dos resultados da simulação. A Seção V relata os resultados obtidos das medições experimentais correspondentes aos exemplos de simulação discutidos neste artigo e a Seção VI aborda as conclusões da pesquisa deste trabalho.

J. T. de Carvalho Neto, A. O. Salazar and A. S. Lock

One Cycle Control Based Maximum Power Point Tracker Applied in Photovoltaic Systems

A

II. APRESENTAÇÃO DO SISTEMA O modelo do sistema proposto neste trabalho é dividido em

três partes: um painel fotovoltaico responsável para converter energia solar em energia elétrica, um conversor CC-CC que define um estágio de potência para fornecer energia para uma carga e um algoritmo de rastreamento que lê algumas variáveis do painel e calcula o melhor ponto de operação. O sistema ilustrado na Fig. 1, tem a seguinte especificação nas condições de testes padrão (STC ou, do inglês, Standard test condition), ou seja, 1000 W/m² e 25 ºC: a tensão de circuito aberto (Voc) 7,27 V, a corrente de curto circuito (Isc) 2,01 A, a tensão de máxima potência (Vmax) 5,5 V e a corrente de máxima potência (Imax) 90 mA.

Figura 1. Diagrama de blocos do sistema.

A Fig. 2 ilustra um exemplo de curvas características do

painel fotovoltaico em diferentes radiações mantendo constante a temperatura em 25ºC. Estas curvas são definidas como a representação dos valores de corrente ou potência, em função da tensão de saída de um painel fotovoltaico, levando em consideração as condições predeterminadas de temperatura e radiação. Na Fig. 2 é possível observar que a diminuição da radiação implica na diminuição significativa da corrente fornecida pelo painel e da sua potência.

Figura 2. Curvas características de painel fotovoltaico a 25 ºC. (a) Curva corrente-tensão. (b) Curva potência-tensão.

Como a curva característica do painel é não linear, os painéis fotovoltaicos devem ser conectados a um conversor, fazendo com que o painel opere em um determinado ciclo de trabalho (dc ou, do inglês, duty cycle). A meta do algoritmo de MPPT é determinar o ciclo de trabalho ótimo com o objetivo de que o painel forneça o MPP para a carga.

O conversor Boost CC-CC é usado para elevar a tensão do módulo fotovoltaico para a carga (ver Fig. 3) sendo um bom candidato para fazer a interface entre painéis fotovoltaicos e a carga de saída do sistema [14]. Na Fig. 3, Vg (t) é a tensão de saída do painel fotovoltaico, L é o indutor, S é o chaveador (MOSFET), RL é a resistência do indutor, il (t) é a corrente no indutor, C é o capacitor, R é a carga de saída do sistema e vo (t) é a tensão de saída do sistema. O conversor utilizado neste trabalho opera em modo de condução contínua.

Figura 3. Diagrama elétrico de conversor Boost CC-CC.

O algoritmo de rastreamento consiste em duas partes: um

algoritmo de MPPT para rastrear o MPP, que depende das variáveis lidas do painel fotovoltaico como, por exemplo, tensão, corrente e temperatura, e de uma técnica de modulação que recebe a informação do algoritmo MPPT para gerar o sinal de controle que chaveia o MOSFET.

O objetivo deste trabalho é mostrar que a técnica OCC pode ser aplicada para rastrear o ponto de máxima potência em painéis fotovoltaicos podendo ter um bom desempenho no rápido rastreamento de referência diante de perturbações, garantindo o erro de regime permanente nulo sem transitórios. Desta forma, o simples método de tensão constante (CV ou, do inglês, Constant Voltage) é utilizado nas simulações e testes experimentais. O método CV consiste em manter a tensão de saída do painel fotovoltaico sobre um valor de referência que, de acordo com a curva característica, corresponde ao ponto de máxima potência. Analisando as curvas características nas várias radiações na Fig. 2, percebe-se que a tensão de saída do painel varia muito pouco. Entretanto, as pesquisas mostram que a tensão varia substancialmente quando a temperatura é modificada [2]. Desta forma, este método deve ser utilizado em regiões em que a temperatura varia pouco. Um ponto positivo deste método é que apenas um sensor (de tensão de saída do painel) é necessário e através de um circuito de controle simples, pode-se chegar ao MPP. O diagrama de blocos do algoritmo de MPPT é mostrado na Fig. 4.

Figura 4. Diagrama de blocos do algoritmo de rastreamento.

A Tabela I mostra que o método CV tem uma eficiência satisfatória no rastreamento do MPP e até em baixas intensidades de radiações, ele atinge a eficiência de 97,9%.

TABELA I. POTÊNCIA CALCULADA E EFICIÊNCIA DO MPPT EM RELAÇÃO AO MPP EM DIFERENTES RADIAÇÕES SOLARES.

RADIAÇÃO SOLAR EM 25º C (W/M²)

MPP (W) MPP FIXO (W)

EFICIENCIA (%)

1000 W/m² 9.900 W 9.900 W 100 % 800 W/m² 600 W/m² 400 W/m² 200 W/m²

7.821 W 5.751 W 3.706 W 1.725 W

7.819 W 5.731 W 3.630 W 1.518 W

99.9% 99.6% 97.9% 88.0%

III. VISÃO GERAL DO CONTROLE DE UM CICLO A técnica de controle de um ciclo foi proposta por K. M.

Smedley e sua teoria geral foi publicada em [15]. O OCC é um método de controle não-linear que atinge o controle dinâmico do valor médio de uma variável de comutação instantaneamente. Em outras palavras, é necessário apenas um ciclo de comutação para que o valor médio da variável de comutação atinja um novo estado de equilíbrio depois de um transitório [15-17]. A principal característica da técnica OCC é estabelecida através do controle da amplitude de uma portadora e não da variável de controle, como geralmente é realizado por outras técnicas como a PWM. O esquema básico de um controlador OCC é mostrado na Fig. 5. Ele é formado por um integrador resetável, um comparador, um flip-flop RS e um oscilador para gerar o sinal de relógio (clock).

Figura 5. Diagrama de blocos do OCC.

O oscilador determina o período de comutação Ts (constante) através do sinal de relógio. Durante um tempo ton (ligado) a chave permanece fechada e durante toff (desligado) a chave está aberta, onde Ts = ton + toff. A comutação corta o sinal de entrada x(t), e fornece o sinal de saída y(t) que pode ser descrito na equação (1):

≤<≤≤

=Son

onTtt0,tt0x(t),

y(t)

(1)

O valor médio de y(t) ao longo de um período de chaveamento é calculado através da equação (2):

==ont

0SSdt)t(x

T1dt)t(y

T1y

(2)

No OCC a frequência do oscilador deve ser muito maior do que a frequência do sinal da entrada x(t) e da referência vref(t). Quando o período destes sinais são comparados com o período do oscilador, eles podem ser considerados constantes, ou seja, x(t)=X e vref(t)=Vref. No instante em que o nível lógico do sinal do relógio é "1", a saída Q assume nível lógico "1" fechando a chave, e sua saída invertida assume nível lógico "0" reiniciando o integrador. O ciclo de trabalho, definido por dc = ton/TS, é modulado de modo que a integração do sinal de saída y(t) é igual a tensão de referência vref(t), de acordo com a equação (3):

)t(vdt)t(x

T1

reft

0S

on=

(3)

Dessa forma, a entrada reset do flip-flop assume nível lógico "1" fazendo com que a saída Q assuma o valor "0", abrindo o chaveador, e sua saída invertida assuma nível lógico "1", reiniciando o integrador. O ciclo se repete no instante em que o nível lógico do relógio volta para "1". Logo, o valor médio do sinal de saída vai ser exatamente igual à tensão de referência em cada ciclo, considerando que Ts é constante. Cada período de chaveamento de OCC modula o ciclo de trabalho "dc" do chaveador de modo que o valor médio do sinal de saída seja igual ao valor médio do sinal de referência Vref, ou seja,

refVy = (4)

A Fig. 6 mostra as formas de onda do OCC para uma simulação no software PowerSim @PSIM em que o sinal x(t) varia de 1,5 V a 3,5 V em 300 µs, Vref é 1 V e a frequência do relógio é 20 KHz. Em cada ciclo a portadora vint(t) atinge o mesmo valor da referência Vref e o sinal de controle modulado modifica seu valor do nível lógico "1" para nível lógico "0" até que um outro ciclo comece. Nota-se que o valor médio do sinal de saída é controlado instantaneamente dentro de um ciclo. Por exemplo, para calcular o valor médio de um ciclo entre 15 µs e 20 µs, obtém-se 1,00245 V.

Figura 6. Formas de onda do OCC. (a) Sinal de entrada. (b) Portadora. (c) Sinal de relógio. (d) Sinal de controle modulado. (e) Sinal de saída.

Figura 7. Diagrama elétrico do circuito de potência e do algoritmo de rastreamento utilizado nas simulações.

IV. RESULTADOS DE SIMULAÇÃO As simulações do esquema do sistema ilustrado na Fig. 7,

foram realizadas no PowerSim @PSIM com a finalidade de provar o bom desempenho da resposta do sistema utilizando o algoritmo de rastreador proposto. Foram analisadas a tensão de saída do painel fotovoltaico (Vpv), a corrente de saída (Ipv) e da potência de saída (Ppv) com a finalidade de mostrar a aplicabilidade da técnica quanto ao rastreamento da máxima potência fornecida pelo painel em determinadas condições de radiação e temperatura. O comportamento da portadora (Vint) e a largura do sinal de controle modulado (dc) são analisados para validar o bom desempenho dinâmico da técnica proposta, na presença de transitórios e em determinados pontos de operação. O algoritmo de tensão constante com modulador OCC e o mesmo algoritmo com o modulador PWM foram analisados para efeitos de comparação de desempenho.

O algoritmo de rastreamento apresentado neste trabalho é implementado na forma analógica. Este método tem a vantagem de o sinal de controle modulado não precisar ser convertido em um formato digital por meio de um conversor analógico/digital. Desta forma, evita-se ocorrer erro de quantização na conversão. Além disso, o ato de reinicialização do circuito integrador em cada ciclo do OCC é realizado pela descarga do capacitor Cint através da chave Sint [18]. Na implementação digital a frequência do sinal de controle é limitada pela frequência dos temporizadores do controlador.

A fim de alcançar resultados semelhantes nas simulações e nos testes experimentais, as mesmas especificações dos componentes do circuito foram utilizadas para os dois casos. Além disso para não saturar a saída dos amplificadores operacionais, limitados entre -30 volts a 30 volts, os valores das tensões envolvidas no controlador foram parametrizados.

O algoritmo de MPPT consiste em um subtrador e um controlador PI analógico. Os ganhos do controlador proporcional integrativo (PI), Kp e ti, do algoritmo CV, foram ajustados respectivamente, em: 2 e 0,00082. Como pode ser observado na Figura 7, depois de ler uma amostra da tensão do painel fotovoltaico, o algoritmo de MPPT calcula o erro através do subtrador composto por AOP1 e os resistores de 1 kΩ. Este erro é minimizado pelo controlador PI composto pela parte proporcional (AOP2, RP1 e RP2) e a parte integrativa (AOP3, Ri e Ci). Estes valores são adicionados no somador composto por AOP4 e seus resistores de 1 KΩ para gerar o sinal a ser modulado pelo OCC. O modulador OCC é composto por um integrador ajustável (AOP5, CINT e RINT), um comparador (AOP6) que compara a portadora modulada

(forma de onda triangular) com Vref e um flip-flop RS para gerar o sinal de controle modulado que chaveará o MOSFET e, assim, gerar o sinal de controle de reinicialização do integrador. É importante ressaltar que a constante de tempo integrador deve ser igual ao período de comutação TS. Assim, CINT e RINT foram ajustados para seguir este critério.

Para as simulações, a temperatura permanece em 25 ºC e a radiação solar foi variada de 500 W/m² para 1000 W/m², a fim de analisar o comportamento do sistema em diferentes pontos de operação. As formas de onda do sistema utilizando o algoritmo com modulador PWM são mostrados na Fig. 8.

Figura 8. Formas de onda do sistema com o algoritmo com modulador PWM. (a) Radiação incidente no painel. (b) Potência do painel (c) Tensão do painel.

Considerando a tensão de máxima potência (5,5 volts), a

Fig. 8 mostra que o MPPT controla o valor da potência do painel fotovoltaico, para cada intensidade de radiação solar. Neste caso, a tensão de saída do painel fotovoltaico tem uma ondulação (ripple) presente principalmente em altas radiações (1000 W/m²), afetando a potência fornecida para o sistema. Em condições de regime permanente, a Fig. 9.a mostra que o valor médio da potência do painel fotovoltaico em 1000 W/m² é 9,1 W. Este valor mostra que o algoritmo com a modulação PWM tem uma eficiência de 91,9% nesta radiação e corresponde com um valor inferior ao calculado na curva característica do painel que é de 100% (veja Tabela I). Na Fig. 9.b, em 500 W/m², o valor médio da potência é 4,2 W que corresponde a 89,3% de eficiência. O ripple presente deve-se à lenta resposta da técnica PWM em sistemas não lineares e sistemas susceptíveis a perturbações [11], o que pode ser interpretado através da análise do sinal de controle. A Fig. 10.a e Fig. 10.c mostra o sinal de controle (u), que é comparado com a onda triangular (Vtr), gerando o sinal PWM nas Fig. 10.b e Fig. 10.d, levando em consideração as radiações de 1000 W/m² e 500 W/m².

Figura 9. Potência fornecida pelo painel com sistema com modulador PWM. (a) Potência do painel para radiação de 1000 W/m². (b) Potência do painel para radiação de 500 W/m².

Figura 10. Formas de onda do PWM. (a) Sinal de controle e portadora para radiação de 1000 W/m². (b) Sinal modulado para radiação de 1000 W/m². (c) Sinal de controle e portadora para radiação de 500 W/m². (d) Sinal modulado para radiação de 500 W/m².

Como pode ser observado o sinal de controle não atinge o

equilíbrio e o regime permanente nulo devido à resposta lenta do sistema com modulador PWM causando assim oscilações na tensão do painel e afetando a potência fornecida pelo painel. A principal desvantagem da técnica de PWM pode ser superada com a utilização do OCC, ao qual leva apenas um ciclo para que o valor médio de uma variável de comutação atinja um novo ponto de operação depois de um transitório. A Fig. 11 mostra a resposta do sistema utilizando o rastreador com modulador OCC, destacando o desempenho superior do OCC em relação ao PWM. Como pode ser observado, a tensão de saída do painel atinge rapidamente o erro de regime permanente nulo. Quando a radiação solar cai de 1000 W/m² para 500 W/m² o sistema leva 25 ms para atingir os 5% do erro de regime permanente nulo. Quando a radiação solar aumenta para 1000 W/m², o sistema leva somente 17 ms.

A Fig. 12.a e Fig. 12.b mostram que, em regime permanente, a potência fornecida pelo painel é de 9,89 W em 1000 W/m² e 4,68 W em 500 W/m² que correspondem a respectivamente 99,9% e 99,2% de eficiência. Na Fig. 13, a rapidez na resposta e o bom rastreamento de referências, são analisados através do comportamento dos sinais.

Figura 11. Formas de onda do sistema com o algoritmo com modulador OCC. (a) Potência do painel (b) Tensão do painel.

Figura 12. Potência fornecida pelo painel com sistema com modulador OCC. (a) Potência do painel para radiação de 1000 W/m². (b) Potência do painel para radiação de 500 W/m².

Figura 13. Formas de onda do OCC. (a) Referência e portadora para radiação de 1000 W/m². (b) Sinal modulado para radiação de 1000 W/m². (c) Referência e portadora para radiação de 500 W/m². (d) Sinal modulado para radiação de 500 W/m².

A Fig. 13 mostra que a portadora gera um sinal modulado com ciclo de trabalho de 55% quando a radiação solar é de 1000 W/m². Em 500 W/m², a largura da portadora é menor e o sinal modulado tem um ciclo de trabalho de 31%. Nota-se que a largura do sinal de controle corresponde à largura da onda triangular. Em intensidades de radiação solar mais elevadas, são geradas ondas triangulares de maior largura e, consequentemente, uma maior largura no sinal de controle modulado. Da mesma forma quando a intensidade da radiação solar diminui, a largura da portadora e do sinal de controle modulado também diminuem.

Como observado o rastreador com modulador OCC tem uma resposta mais rápida e melhor resposta dinâmica do que o rastreador com modulador PWM, além de rejeição de distúrbios e controle de referências sem ripple.

V. RESULTADOS EXPERIMENTAIS A fim de obter o resultado mais próximo da simulação a

implementação do circuito para os testes experimentais foi realizada com os mesmos valores utilizados na Fig. 7.

A carga de saída (Rcarga) utilizada nos testes experimentais são quatro lâmpadas led de 12 V e 1 W sendo cada par ligado em série com outro par em paralelo fazendo a resistência de saída a ser de aproximadamente 144 Ω. Os amplificadores AOP1 até AOP5 foram implementados com o circuito integrado (CI) TL084 que tem a vantagem de consumir menos energia. O AOP6 foi implementado com o LM311. O flip-flop foi implementado com o CMOS 4001 e um microcontrolador ATMEGA 328 foi responsável por gerar o sinal de relógio utilizado para ativar o flip-flop. Este sinal chaveia um MOSFET IRFP460 e um diodo ultrarrápido do tipo MUR820 através de um driver EL7202. A saída invertida do flip-flop chaveia o interruptor analógico (Sint) implementado com o CMOS 4016. A Fig. 14 mostra o circuito utilizados para os testes experimentais implementado em placas de circuito impresso.

Figura 14. Circuito utilizados para os testes experimentais.

A curva característica do painel fotovoltaico usado nos

testes experimentais está ilustrada na Fig. 2. No STC, o painel pode fornecer uma tensão de 5,5 V, uma corrente de 1,8 A e uma potência de 9,9 W. A intensidade da radiação solar no local do teste varia entre 900 W/m² e 950 W/m², e a temperatura no painel varia entre 35 °C e 50 °C. Com a temperatura um pouco elevada a curva característica do painel pode alterar um pouco em relação a curva apresentada na Fig. 2. No entanto, o principal objetivo dos experimentos é mostrar a aplicabilidade do rastreador de máxima potência com o modulador OCC, mostrando o comportamento das formas de onda geradas pelo conversor Boost e pelo algoritmo proposto neste trabalho. No primeiro teste experimental, a radiação é de 920 W/m² e o painel tem a temperatura de 50 ºC. Neste teste o painel foi sombreado quase totalmente para analisar o comportamento da tensão (Vpv), da corrente (Ipv) e da potência (Ppv) do painel como pode ser observado na Fig. 15. A Fig. 15 apresenta a tensão do painel constante em 5,3 volts, mesmo com a variação da radiação solar no painel.

Figura 15. Tensão e corrente do painel em testes experimentais, considerando sombreamento do painel.

Devido à alta temperatura do painel a eficiência do painel é menor do que no STC. Quando o painel não está sombreado, sua corrente é de 334 mA, e sua potência é de 1,77 W. Quando ocorre a perturbação a tensão do painel rapidamente atinge o erro em regime permanente nulo retornando à referência (5,3 V) em apenas 400 ms. No sombreamento do painel a corrente diminui para 25 mA fornecendo somente 0,14 W.

O segundo teste experimental foi realizado à 900 W/m² e a 35ºC, e foi analisado somente o comportamento do sistema no regime permanente. A Fig. 16 mostra as formas de onda deste teste. Assim como nas simulações, em alta radiação solar, a portadora e a largura sinal de controle modulada (dc) são maiores do que nas intensidades mais baixas. Este fato pode ser confirmado na Fig. 16 e Fig. 17. Quando a radiação solar é mais elevada (900 W/m²), a intensidade de corrente (714,2 mA) e a potência do painel (3,1 W) são maiores, assim como a largura da portadora e a largura do sinal de controle modulado (66,9%).

Figura 16. Formas de onda do sistema com a condição de 900 W/m² e 35 ºC. (a) Tensão do painel e portadora. (b) Corrente do painel e sinal modulado.

Figura 17. Formas de onda do sistema com 90% de sombreamento do painel. (a) Tensão do painel e portadora. (b) Corrente do painel e sinal modulado.

O terceiro teste experimental foi realizado sombreando-se 90% do painel. A corrente medida no painel é próxima a zero (2,35 mA) e a largura da portadora e do sinal de controle modulado (16,8 %) são menores do que no caso anterior. Nota-se que em ambos os casos o algoritmo com modulador OCC mantém a tensão do painel próximo da tensão de referência (entre 5,2 V e 5,4 V) mostrando o bom desempenho do controlador no rastreamento de referência e garantindo o erro de regime permanente muito próximo a zero.

VI. CONCLUSÃO Neste trabalho foi apresentado um método de rastreamento

de máxima potência para aplicações fotovoltaicas por meio do algoritmo de MPPT de tensão constante e a técnica OCC em conversores CC-CC. As vantagens da utilização combinada de um algoritmo de MPPT e um modulador OCC foram ilustradas por meio de simulações e testes experimentais. Os resultados foram coletados expondo o painel fotovoltaico a diferentes radiações. A técnica proposta foi implementada analogicamente para fornecer maior simplicidade e baixo custo ao sistema.

Os resultados mostraram que o método proposto proporciona ao sistema uma resposta dinâmica rápida e um bom rastreamento de referência com erro de regime permanente nulo. As simulações também demonstraram que as técnicas baseadas em modulação PWM e OCC utilizadas para o chaveamento de conversores CC-CC podem ter um desempenho satisfatório em estado estacionário, mas somente o OCC apresenta resposta dinâmica rápida atingindo o erro de regime permanente nulo quando o sistema é exposto à perturbações. Foi observado que o OCC foi capaz de eliminar

o efeito das variações de radiação solar quase que instantaneamente (25 ms).

Nos testes experimentais os chaveadores e a integração do modulador OCC fazem com que o transitório em perturbações seja um pouco mais lento (400 ms), o que leva a concluir que a precisão do OCC também é dependente do projeto do conversor. As formas de onda da portadora e do sinal de controle do modulador OCC também foram analisadas e concluiu-se que, para maiores radiações, a largura da portadora e do sinal de controle modulado são maiores do que em menores radiações, fazendo com que o MOSFET forneça maior potência para carga de saída. A aplicabilidade do OCC foi comprovada pela manutenção da tensão fornecida pelo painel (5,3 V) através do método de MPPT de tensão constante, mesmo expondo o painel fotovoltaico às variações climáticas.

Através dos resultados obtidos o OCC mostrou grande desempenho no rastreamento da referência garantindo uma boa estabilidade em rastrear o MPP de forma rápida e precisa destacando assim, a viabilidade e aplicabilidade do controlador em aplicações fotovoltaicas. De acordo com estes resultados e a vasta utilização desta técnica nas aplicações em chaveadores, este método mostra uma grande promessa para reduzir a complexidade, o custo e aumentar a confiabilidade de controladores em aplicações de sistemas fotovoltaicos.

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[16] Smedley, K. M. and Cuk, S. One-Cycle Control of Switching Converters. IEEE Transactions on Power Electronics, 10 (6), pp. 625-633, 1995.

[17] Smedley, K. M. and Cuk, S. Dynamics of One-Cycle Controlled Cuk Converters. IEEE Transactions on Power Electronics, 10 (6), pp. 634-639, 1995.

[18] Lai, Z. and Smedley, K. M. A New Extension of One-Cycle Control and Its Application to Switching Power Amplifiers. IEEE Transactions on Power Electronics, 11 (1), pp. 99-105, 1996.

João Teixeira de Carvalho Neto recebeu o título de bacharel de engenheiro em Engenharia de Computação em 2010 e o mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação em 2012 todos pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), Brasil. Atualmente, é doutorando em engenharia elétrica e de computação na UFRN. Ele também é professor

no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte (IFRN), no Brasil. Suas principais pesquisas são: métodos de rastreamento de máxima potência em painéis fotovoltaicos, controle de conversores de potência e controle em smartgrids.

Andrés Ortiz Salazar recebeu o título de bacharel de engenheiro em Engenharia Elétrica em 1981 na Universidad Nacional de Ingeniería (UNI), Peru. Ele recebeu o grau de Mestre em Engenharia Elétrica em 1989 e o título de doutor em 1994, todos eles da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Brasil. Ele recebeu o grau de phd da

Universidade de Tóquio, Japão. Atualmente, ele é professor da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, desde 1994. Suas pesquisas são voltadas à controle de máquinas elétricas e conversores de potência.

Alberto Soto Lock recebeu o grau de bacharel de engenheiro em Engenharia Elétrica em 1989 na Universidad Nacional de Ingeniería (UNI), Peru. Ele recebeu o grau de Mestre em Engenharia Elétrica em 1997 na Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Brasil. Ele recebeu o título de doutor em engenharia elétrica em 2011 na Universidade Federal de

Campina Grande (UFCG). Atualmente, ele é professor da Universidade Federal da Paraíba (UFPB), desde 2012. Suas pesquisas são voltadas à controle de máquinas elétricas e conversores de potência e controle de um ciclo (OCC).