Desenvolvimento de conversor SEPIC para sistemas de geração fotovoltaica em barcos solares

Abstract

Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma interface de potência para o sistema fotovoltaico da embarcação de competição da equipe Babitonga da UFSC CTJ. O objetivo é projetar um conversor CC-CC de topologia SEPIC capaz de adequar a tensão dinâmica de um painel solar de 550 W para o carregamento da bateria de 48 V. A pesquisa é de natureza aplicada e experimental, contendo o dimensionamento de indutores, capacitores e semicondutores para chaveamento em 80 kHz. Utiliza-se um microcontrolador ESP32 para a geração de sinais PWM em malha aberta e aquisição de dados, priorizando o uso de materiais do acervo laboratorial e componentes reciclados devido a restrições de cronograma. Os resultados experimentais demonstram funcionamento esperado do protótipo nos ensaios com 56 V de tensão de entrada com variação, gerando uma saída que atende a tensão operacional da bateria. A corrente máxima suportada pelo sistema foi de 8 A, restrição que ocorreu devido à utilização de componentes disponíveis no acervo laboratorial para a montagem. Conclui-se que para o protótipo é viável a topologia SEPIC e o sistema embarcado aplicado, porém é necessária a substituição dos componentes para os dimensionados no escopo deste trabalho que possuem capacidade de suportar corrente superior à capacidade nominal.

This work proposes the development of a power interface for the photovoltaic system of the competition vessel of UFSC CTJ's Babitonga team. The objective is to design a SEPIC topology DC-DC converter capable of adapting the dynamic voltage of a 550 W solar panel to charge a 48 V battery. The research is applied and experimental in nature, encompassing the sizing of inductors, capacitors, and semiconductors for 80 kHz switching. An ESP32 microcontroller is used for open-loop PWM signal generation and data acquisition, prioritizing the use of laboratory inventory materials and recycled components due to schedule constraints. Experimental results demonstrate the expected operation of the prototype in tests with a varying 56 V input voltage, generating an output that meets the operational voltage of the battery. The maximum current supported by the system was 8 A, a restriction that occurred due to the reliance on readily available laboratory components for assembly. It is concluded that the SEPIC topology and the applied embedded system are viable for the prototype; however, it is necessary to replace the current components with those properly sized within the scope of this work, which are capable of withstanding currents higher than the rated capacity.