Novo inversor fotovoltaico conectado à rede elétrica sem transformador com eliminação da corrente de modo comum

Abstract

A geração de energia elétrica a partir do Sol tornou-se uma das mais promissoras fontes alternativas de energia. A viabilidade dos sistemas fotovoltaicos (FVs) dependem dos inversores, que precisam ser eficientes, leves, pequenos, de baixo custo e seguros. Neste sentido, esta pesquisa tem por objetivo propor uma nova topologia inversora, aplicada aos sistemas geradores FVs, conectada à rede elétrica sem transformador, com eliminação da corrente de modo comum. Essa nova topologia, utiliza a mesma quantidade de interruptores que o inversor de tensão ponte completa. Seu circuito equaliza os potenciais do polo negativo do módulo FV com o terminal de saída do inversor, evitando a circulação da corrente de fuga capacitiva. O princípio de funcionamento, a técnica de modulação, o dimensionamento e a modelagem da nova topologia são apresentados na pesquisa. Os modelos estáticos e dinâmicos deduzidos são comprovados por simulações e por experimentos em laboratório. As simulações foram realizadas considerando-se sistemas geradores FVs com potência de 1500 W, com o inversor alimentado em 400 V e uma rede elétrica de distribuição de 220 V / 60 Hz. Para conexão à rede elétrica é proposto um filtro baseado no LCL clássico. O novo inversor foi validado experimentalmente, conectado à rede elétrica empregando o filtro proposto, a partir de um protótipo com potência de 1000 W e com as mesmas tensões de entrada e saída, especificadas nas simulações.

Abstract: The generation of electrical energy from the Sun has become one of the most promising alternative sources of energy. The feasibility of photovoltaic (PV) systems depends on the inverters, which need to be efficient, lightweight, small, low cost and safe. In this sense, this research aims at proposing a new inverter topology, applied to PV generator systems, connected to the transformerless electric grid, eliminating the common mode current. This new topology uses the same number of switches as the full bridge voltage inverter. Its circuit equalizes the negative pole potentials of the PV module with the output terminal of the inverter, preventing the circulation of the capacitive leakage current. The operating principle, the modulation technique, the design and the modeling of the new topology are presented in the research. The static and dynamic models deduced are proven by simulations and laboratory experiments. The simulations were carried out considering PV generator systems with a power of 1500 W, with the inverter fed at 400 V and a distribution electrical grid of 220 V / 60 Hz. A filter based on the classic LCL is proposed for connection to the power grid. The new inverter was experimentally validated, connected to the power grid using the proposed filter, from a prototype with a power of 1000 W and with the same input and output voltages specified in the simulations.