Sistema fotovoltaico autônomo para irrigação em áreas remotas

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema fotovoltaico autônomo de dois estágios para o acionamento de bombas vibratórias submersas em aplicações de irrigação off-grid. A arquitetura proposta utiliza um conversor CC-CC de alto ganho com indutor acoplado e célula multiplicadora de tensão, seguido por um inversor monofásico em ponte completa com modulação unipolar. Para garantir a operação sem o auxílio de baterias, implementou-se uma estratégia de controle multi-modo que integra os algoritmos de rastreamento de máxima potência (MPPT) e de limitação de potência (LPPT), assegurando a estabilidade do barramento CC frente às variações de irradiância solar. O sistema foi projetado para uma capacidade de processamento de 360 VA. Os resultados experimentais validaram a eficácia da topologia e do controle, alcançando uma vazão constante de 1.650 L/h. Com base em um índice de 6,4 horas de sol pleno, o sistema demonstrou capacidade de entregar 10.560 litros diários, volume suficiente para suprir as demandas hídricas de 1.508 m2 de soja ou 1.760 m2 de milho. Conclui-se que a solução proposta é viável para o fortalecimento da agricultura familiar em áreas isoladas, oferecendo um sistema de baixo custo, sem armazenamento químico e com fluxo de bombeamento estável.

Abstract: This work presents the development of a two-stage autonomous photovoltaic system for driving submersible vibrating pumps in off-grid applications. The proposed architecture employs a high-gain DC-DC converter with a coupled inductor and voltage multiplier cell, followed by a full-bridge single-phase inverter with unipolar modulation. To ensure battery-free operation, a multi-mode control strategy integrating Maximum Power Point Tracking (MPPT) and Limited Power Point Tracking (LPPT) algorithms was implemented, ensuring DC bus stability against solar irradiance variations. The system was designed for a 360 VA processing capacity. Experimental results validated the topology and control effectiveness, achieving a constant flow rate of 1,650 L/h. Based on 6.4 peak sun hours, the system demonstrated the capacity to deliver 10,560 liters per day, a volume sufficient to meet the water demands of 1,508 m2 of soybean or 1,760 m2 of corn. It is concluded that the proposed solution is feasible for strengthening family farming in isolated areas, offering a low-cost, battery-free system with stable pumping flow.