Desenvolvimento de conversores modulares aplicado à produção de hidrogênio verde

Abstract

A tendência mundial de descarbonização energética tem impulsionado o desenvolvimento de tecnologias capazes de reduzir a dependência de combustíveis fósseis. Nesse cenário, o hidrogênio verde (obtido pela eletrólise da água utilizando exclusivamente energia de fontes renováveis) surge como vetor energético promissor. Sua relevância é ainda maior quando associado a fontes intermitentes, como a solar fotovoltaica e a eólica, cuja variabilidade normalmente exigiria o uso de baterias para estabilizar a operação dos eletrolisadores. Entretanto, além de elevarem os custos, tais sistemas de armazenamento apresentam impactos ambientais significativos, tornando necessária a busca por soluções alternativas mais sustentáveis. Este projeto teve como objetivo investigar soluções em eletrônica de potência que viabilizem a conexão direta entre módulos fotovoltaicos e eletrolisadores, eliminando o uso de baterias e garantindo maior eficiência ao sistema. Para isso, foi desenvolvido um conversor CC-CC do tipo Buck, selecionado por se adequar às condições elétricas do sistema proposto. O trabalho envolveu o dimensionamento teórico de componentes principais, como indutor e carga resistiva, seguido de simulações no software PSIM e de modelagem em MATLAB para validação dos resultados. Em paralelo, foi realizada a caracterização experimental do módulo fotovoltaico SP100 disponível em laboratório, com curvas I-V e P-V obtidas via PV Analyzer em diferentes condições de irradiância e comparadas às curvas teóricas simuladas. Adicionalmente, foi projetada e confeccionada uma placa de circuito impresso (PCB) no software Altium Designer, contemplando a organização em blocos funcionais, inclusão de pontos de teste e capacitores de filtragem, bem como correções de layout para mitigar ruídos. A fresa do laboratório foi utilizada para a fabricação, com ajustes manuais em furos de componentes. Os resultados indicaram que o conversor projetado opera de forma consistente com os parâmetros dimensionados e simulados, validando a metodologia adotada. Como continuidade do trabalho, sugere-se a investigação de estratégias de controle em malha fechada e a simulação do sistema completo em plataforma Typhoon HIL, de modo a aproximar ainda mais os estudos das condições reais de operação.