Dimensionamento energético do filtro de entrada em conversores boost fotovoltaicos

Abstract

Este trabalho apresenta uma metodologia de dimensionamento energético para o filtro de entrada de conversores boost aplicados a sistemas fotovoltaicos. A motivação está associada ao fato de que, em módulos fotovoltaicos, tensão e corrente são relacionadas pela característica não linear I(V), de modo que ondulações impostas pelo conversor deslocam o ponto de operação sobre a curva P(V) e podem reduzir a potência média extraída. A metodologia proposta define uma janela energética simétrica em torno do ponto de máxima potência, associando sua largura a uma eficiência média admissível de extração. A partir dessa janela, são dimensionados os elementos do filtro de entrada, considerando inicialmente o caso sem capacitância externa significativa e, posteriormente, o caso com capacitância de entrada Cin. O estudo de caso foi realizado com um módulo fotovoltaico de aproximadamente 245 W conectado a um conversor boost com Vo = 100 V e fs = 50 kHz. Para uma eficiência de referência de 99%, os resultados indicaram que a inclusão de Cin permite reduzir a indutância necessária, ao mesmo tempo em que aumenta a ondulação admissível de corrente no indutor. Os resultados indicam que o filtro de entrada deve ser tratado como parte do problema de extração de energia em sistemas fotovoltaicos.

This work presents an energy-based design methodology for the input filter of boost converters applied to photovoltaic systems. The motivation is associated with the fact that, in photovoltaic modules, voltage and current are related by the nonlinear I(V) characteristic, so that ripples imposed by the converter shift the operating point along the P(V) curve and may reduce the average extracted power. The proposed methodology defines a symmetric energy window around the maximum power point, associating its width with an admissible average extraction efficiency. Based on this window, the input filter elements are designed, first considering the case without significant external capacitance and then the case with input capacitance Cin. The case study was carried out using a photovoltaic module of approximately 245 W connected to a boost converter with Vo = 100V and fs = 50 kHz. For a reference efficiency of 99%, the results indicated that the inclusion of Cin allows the required inductance to be reduced, while increasing the admissible current ripple in the inductor. The results indicate that the input filter should be treated as part of the energy extraction problem in photovoltaic systems.