Estudo de conversor Buck aplicado à alimentação de ultracapacitores por painel fotovoltáico

Abstract

Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um conversor Buck aplicado à alimentação de ultracapacitores, utilizados no projeto de um poste de iluminação noturna autossustentável, que se mostra vantajoso uma vez que o sistema é alimentado por painéis fotovoltaicos, que geram energia limpa e renovável no período diurno, controlados para trabalhar no ponto de máxima potência. Esta energia é armazenada em um banco de ultracapacitores que permite eliminar inconvenientes ligados à tecnologia das baterias atuais, como a necessidade de manutenção preventiva, em média a cada 18 meses, além de resolver o problema da carga lenta, já que os ultracapacitores mantém a característica de carga rápida, limitada exclusivamente à capacidade de geração do painel. A viabilidade desse poste aumenta quando se tem luminárias de LED, desenvolvidas de forma específica para o caso, buscando a maior eficiência luminosa, sendo alimentadas exclusivamente no período noturno. Para obter a garantia de que a alimentação dos ultracapacitores pelos painéis fotovoltaicos será adequada às exigências do projeto, observa-se a necessidade de um estudo aprofundado do circuito do conversor Buck, para poder aumentar o aproveitamento do painel fotovoltaico. Utiliza-se análise de circuitos elétricos, modelamento matemático buscando otimizar o uso dos painéis, sendo esse o principal desafio do trabalho, e os resultados foram comprovados por simulação computacional e uma dos principais resultados alcançados, foi a da não necessidade de resistor adicional em série com a bobina do conversor, o que, até a realização desse trabalho, era tida como certa.

Abstract: This work presents the development of a Buck converter applied to the charge of ultracapacitors used in the design of a self-sustaining nightly light pole, which is advantageous since the system is powered by photovoltaic panels that generate clean and renewable energy during the daytime period, controlled to work at the point of maximum power. This energy is stored in an ultracapacitor bank that eliminates the drawbacks associated with current battery technology, such as the need for preventive maintenance, on average every 18 months, as well as solving the problem of slow loading, since ultracapacitors maintain the characteristic of rapid loading, limited exclusively to the generating capacity of the panel. The feasibility of this pole increases when one has LED lamps, developed in a specific way for the case, seeking greater luminous efficiency, being charged exclusively at nighttime. To ensure that the power supply to the photovoltaic panels is adequate to the requirements of the project, a thorough study of the Buck converter circuit is necessary, to increase the efficiency of the photovoltaic panel. It was used electrical circuit analysis, mathematical modeling to optimize the use of panels, it was the main challenge of the work, and the results were proved by computational simulation and one of the main results achieved was the need for no additional resistor in series with the coil of the converter, which, until the realization of this work, was considered right.