Convertitori SEPIC per applicazioni fotovoltaiche

Introduzione e principio della generazione fotovoltaica. Studio dei convertitori DC/DC, con particolare attenzione al convertitore di tipo SEPIC. Analisi degli algoritmi di MPPT. Verifica di alcune casistiche pratiche su impianti fotovoltaici di tipo stand alone.

Algoritmi MPPT per impianti fotovoltaici

Studio di diversi algoritmi MPPT; creazione di un modello realistico di pannelli fotovoltaici in Simulink e simulazione di tre algoritmi sottoposti a 5 diverse condizioni operative ciascuno.

Analisi degli effetti del mismatching negli impianti fotovoltaici

Questo lavoro di tesi è finalizzato fondamentalmente allo studio di un’importante problematica che caratterizza gli impianti fotovoltaici: il mismatching, ovvero la disomogeneità nelle caratteristiche elettriche delle celle e quindi dei pannelli fotovoltaici, dal quale scaturisce che la potenza massima, risultante dal collegamento in serie/parallelo dei vari pannelli, è sempre inferiore alla somma delle potenze massime dei pannelli fotovoltaici prima della connessione. In particolare, si è realizzato con il software Simulink un modello flessibile che consente, attraverso una rappresentazione compatta di pochissimi blocchi, di simulare un campo fotovoltaico del tutto arbitrario, in una qualunque condizione operativa di temperatura e di ombreggiamento solare dei pannelli che compongono il campo stesso. A fronte di ciò si è condotta un’analisi approfondita degli effetti del mismatching in un generico campo fotovoltaico sottoposto a diverse disomogeneità per quanto concerne le condizioni operative di temperatura e irraggiamento solare dei vari pannelli. Il software ha permesso, inoltre, di evidenziare l’importanza delle protezioni da impiegare opportunamente negli impianti fotovoltaici; ad esempio, a livello di simulazioni, si è visto come il collegamento di un diodo di by-pass in antiparallelo ai pannelli in ombra permetta di limitare notevolmente l’impatto degli ombreggiamenti. Infine è stato condotto uno studio analitico del mismatching per difformità di fabbricazione di una serie di pannelli dei quali erano noti solo i punti di funzionamento di massima potenza, con la finalità di valutare la possibilità di migliorare la disposizione dei pannelli, e quindi ottimizzare la massima potenza erogabile dal corrispondente campo fotovoltaico.

Confronto di algoritmi per l'inseguimento della massima potenza per convertitori fotovoltaici

Modellazione di un impianto fotovoltaico connesso alla rete. Simulazione con software Simulink del funzionamento dell'intero sistema fotovoltaico e confronto delle prestazioni legate all'utilizzo degli algoritmi MPPT più comuni, quali Hill Climbing e Incremental Conductance.

Studio, simulazione e verifica sperimentale di tecniche di controllo per convertitori multilivello modulari

L’evoluzione dei componenti elettronici di potenza ed il conseguente sviluppo dei convertitori statici dell’energia elettrica hanno consentito di ottenere un’elevata efficienza energetica, sia nell’ambito degli azionamenti elettrici, sia nell’ambito della trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica. L’efficienza energetica è una questione molto importante nell’attuale contesto storico, in quanto si sta facendo fronte ad una elevatissima richiesta di energia, sfruttando prevalentemente fonti di energia non rinnovabili. L’introduzione dei convertitori statici ha reso possibile un notevolissimo incremento dello sfruttamento delle fonti di energia rinnovabili: si pensi ad esempio agli inverter per impianti fotovoltaici o ai convertitori back to back per applicazioni eoliche. All’aumentare della potenza di un convertitore aumenta la sua tensione di esercizio: le limitazioni della tensione sopportabile dagli IGBT, che sono i componenti elettronici di potenza di più largo impiego nei convertitori statici, rendono necessarie modifiche strutturali per i convertitori nei casi in cui la tensione superi determinati valori. Tipicamente in media ed alta tensione si impiegano strutture multilivello. Esistono più tipi di configurazioni multilivello: nel presente lavoro è stato fatto un confronto tra le varie strutture esistenti e sono state valutate le possibilità offerte dall’architettura innovativa Modular Multilevel Converter, nota come MMC. Attualmente le strutture più diffuse sono la Diode Clamped e la Cascaded. La prima non è modulare, in quanto richiede un’apposita progettazione in relazione al numero di livelli di tensione. La seconda è modulare, ma richiede alimentazioni separate e indipendenti per ogni modulo. La struttura MMC è modulare e necessita di un’unica alimentazione per il bus DC, ma la presenza dei condensatori richiede particolare attenzione in fase di progettazione della tecnica di controllo, analogamente al caso del Diode Clamped. Un esempio di possibile utilizzo del convertitore MMC riguarda le trasmissioni HVDC, alle quali si sta dedicando un crescente interesse negli ultimi anni.

Evaluating MPPT converter topologies using a Matlab PV model

An accurate PV module electrical model is presented based on the Shockley diode equation. The simple model has a photo-current current source, a single diode junction and a series resistance, and includes temperature dependences. The method of parameter extraction and model evaluation in Matlab is demonstrated for a typical 60W solar panel. This model is used to investigate the variation of maximum power point with temperature and isolation levels. A comparison of buck versus boost maximum power point tracker (MPPT) topologies is made, and compared with a direct connection to a constant voltage (battery) load. The boost converter is shown to have a slight advantage over the buck, since it can always track the maximum power point.

Evaluating MPPT converter topologies using a MATLAB PV model

An accurate PV module electrical model is presented based on the Shockley diode equation. The simple model has a photo-current current source, a single diode junction and a series resistance, and includes temperature dependences. The method of parameter extraction and model evaluation in Matlab is demonstrated for a typical 60W solar panel. This model is used to investigate the variation of maximumpower point with temperature and insolation levels. A comparison of buck versus boostmaximum power point tracker (MPPT) topologies is made, and compared with a direct connection to a constant voltage (battery) load. The boost converter is shown to have a slight advantage over the buck, since it can always track the maximum power point.

Thermography-based virtual MPPT scheme for improving PV energy efficiency under partial shading conditions

This paper proposes a new thermography-based maximum power point tracking (MPPT) scheme to address photovoltaic (PV) partial shading faults. Solar power generation utilizes a large number of PV cells connected in series and in parallel in an array, and that are physically distributed across a large field. When a PV module is faulted or partial shading occurs, the PV system sees a nonuniform distribution of generated electrical power and thermal profile, and the generation of multiple maximum power points (MPPs). If left untreated, this reduces the overall power generation and severe faults may propagate, resulting in damage to the system. In this paper, a thermal camera is employed for fault detection and a new MPPT scheme is developed to alter the operating point to match an optimized MPP. Extensive data mining is conducted on the images from the thermal camera in order to locate global MPPs. Based on this, a virtual MPPT is set out to find the global MPP. This can reduce MPPT time and be used to calculate the MPP reference voltage. Finally, the proposed methodology is experimentally implemented and validated by tests on a 600-W PV array. 

Projeto de um conversor eletrónico para utilização num sistema eólico de produção de energia

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica no Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Novos conversores retificadores Sepic ZCS-PWM, operando como abaixadores de tensao, com elevados rendimento e fator de potencia - um estudo comparativo

A comparative evaluation regarding a new zero-current-switching (ZCS) pulse width modulated (PWM) Sepic rectifier, operating in voltage step-down mode, employing two different techniques, in order to obtain high power factor and reduced total harmonic distortion (THD) at the input current, is presented. The methods are those in continuous-current mode operation, known as peak current mode control with slope compensation, and average-current mode control. The principle of operation, the theoretical analysis, a design example and the main experimental results are presented for both proposed control techniques.

A high efficiency HPF-ZCS-PWM Sepic for electronic ballast with multiple tubular fluorescent lamps

This paper presents a high efficiency Sepic rectifier for an electronic ballast application with multiple fluorescent lamps. The proposed Sepic rectifier is based on a Zero-Current-Switching (ZCS) Pulse-Width-Modulated (PWM) soft-commutation cell. The high power-factor of this structure is obtained using the instantaneous average-current control technique, in order to attend properly IEC61000-3-2 standards. The inverting stage of this new electronic ballast is a classical Zero-Voltage-Switching (ZVS) Half-Bridge inverter. A proper design methodology is developed for this new electronic ballast, and a design example is presented for an application with five fluorescent lamps 40W-T12 (200W output power), 220Vrms input voltage, 130Vdc dc link voltage, with rectifier and inverter stages operating at 50kHz. Experimental results are also presented. The THD at input current is equal to 6.41%, for an input voltage THD equal to 2.14%, and the measured overall efficiency is about 92.8%, at rated load.