Abstract — The northeastern region of Brazil is heavily influenced by the semi-arid climate, subjecting the local population to severe periods of drought. On the other hand, this region presents high potential of solar energy with low interannual variability of solar irradiation averages. Given this scenario, there has been an effort to develop technologically and economically viable solutions so that the low-income population, living in isolated locations of the electricity network, have access to water. In this paper, a solution is presented for the pumping of water for domestic purposes or irrigation of small crops. The primary source of energy is the solar photovoltaic type and without batteries. To reduce the number of panels, a high gain, high efficiency boost converter is used to provide regulated voltage to a frequency converter. This is composed of three-phase induction motor and submerged centrifugal pump. Another important factor is the use of commercial equipment, which facilitates the replacement in a possible failure. The tests show satisfactory results, reaching in the maximum power condition a flow of 1100 l/h h at a pressure 25 mca. Therefore, we can conclude that the system shows potential to be used in applications where there is no conventional power.

Keywords — Water pumping, Photovoltaic energy, Boost converter, Frequency converter.

I. INTRODUÇÃO

ESTADO do Ceará, localizado na região nordeste do Brasil, possui a maior parte do seu território sob a

influência de clima semi-árido, submetendo a população local a severos períodos de seca, com escassos recursos hídricos superficiais. Como se não fosse o bastante, dada a prevalência de solo de natureza cristalina, é comum a presença de água salobra nos reservatórios subterrâneos. Outra característica marcante dessa região é o elevado potencial anual médio de energia solar, aliado a uma baixa variabilidade interanual das médias de irradiação solar [1].

Diante deste cenário, a comunidade técnica-científica, com apoio de entidades governamentais e não governamentais, tem se esforçado para desenvolver soluções tecnologicamente e economicamente viáveis para que a população de baixa renda, vivendo em localidades isoladas da rede elétrica, tenha acesso à água para consumo doméstico ou para irrigação de

J. R. M. F. Filho, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE), Itapipoca, Ceará, Brasil, jrmff@yahoo.com.br

F. R. F. Mendes, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE), Tabuleiro do Norte, Ceará, Brasil, mendesifce@gmail.com

I. R. Sousa, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE), Fortaleza, Ceará, Brasil, igor.sousa.sousa@hotmail.com

J. R. B. Sousa, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE), Fortaleza, Ceará, Brasil, renato@ifce.edu.br

C. M. S. Medeiros, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE), Fortaleza, Ceará, Brasil, claudiosa@ifce.edu.br

pequenos cultivos, através de bombeamento de poços subterrâneos e aplicação de processos de dessalinização [2], [3].

Alguns sistemas de bombeamento propostos fazem uso de painéis fotovoltaicos como fonte de energia para o acionamento direto de um motor CC acoplado a uma bomba hidráulica [4], [5]. A utilização de motores CC é questionável, tendo em vista a necessidade frequente de reposição de escovas. Segundo Barin [6], essa é a razão para que 60 % dos sistemas de bombeamento com motores CC tenham sido descartados.

Muitas propostas de sistemas de bombeamento incluem a utilização de baterias. Com isso há uma maior uniformidade da operação, tendo em vista que, em curto prazo, o sistema fica independente das oscilações naturais de irradiância devido a passagem de nuvens. Outro aspecto importante é a possibilidade de operação na ausência de irradiância solar, ficando limitada pela autonomia das baterias [6], [7]. Apesar das vantagens apresentadas, o custo elevado das baterias, aliada à sua relativa baixa durabilidade, inviabilizam a aplicação em comunidades carentes, incapazes técnica e financeiramente de repor o banco de baterias a cada dois anos, por exemplo.

Sistemas de bombeamento com conjuntos motor-bomba equipados com motores de indução trifásicos são propostos em [8], [9]. Os painéis fotovoltaicos são ligados diretamente ao barramento CC de um conversor de frequência. O sistema apresenta uma estrutura simples, no entanto de custo de implantação elevado em função da necessidade de um número significativo de painéis fotovoltaicos ligados em série para se obter o nível de tensão adequado para o funcionamento do conversor de frequência. Outra desvantagem é a necessidade de uma grande área, sem sombreamento, para a instalação dos painéis.

Com o intuito de reduzir os custos com a aquisição de painéis fotovoltaicos adicionais e reduzir a área ocupada pelos mesmos, são propostos em [10]-[12] a introdução de um conversor elevador de tensão entre o arranjo de painéis fotovoltaicos e o conversor de frequência.

Diante do que foi exposto, os autores apresentam uma solução para o bombeamento de água para fins domésticos ou irrigação de pequenas culturas. A fonte de energia primária é do tipo solar, a qual é convertida para energia elétrica através de painéis fotovoltaicos. Com o intuito de reduzir o número de painéis, é utilizado um conversor boost de alto ganho e alto desempenho para fornecer tensão regulada ao barramento CC de um conversor de frequência. Este, por sua vez, aciona um conjunto motor-bomba equipado com motor de indução trifásico e bomba centrífuga submersa.

O

Photovoltaic Panel Based Pumping System: A Solution Without Batteries

J. R. M. Ferreira Filho, F. R. F. Mendes, I. R. Sousa, J. R. B. Sousa, Member IEEE and C. M. S. Medeiros

514 IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 16, NO. 2, FEB. 2018

II. A COMPOSIÇÃO DO PROTÓTIPO Os autores desenvolveram um protótipo de sistema de

bombeamento norteado por algumas ideias fundamentais. Primeiramente, se pretende que o sistema seja aplicado ao abastecimento de água de comunidades rurais isoladas da rede elétrica e localizadas no semiárido nordestino. Portanto, a fonte de energia deveria ser eólica ou solar. Dado que se pretende também que o sistema de geração tenha baixos requisitos de manutenção e grande durabilidade, optou-se por usar como fonte primária a energia solar, a qual é convertida para energia elétrica através de painéis fotovoltaicos. O conjunto motor-bomba utilizado também segue a ideia de grande robustez e baixos requisitos de manutenção.

Um outro aspecto importante levado em consideração pelos autores é a utilização de equipamentos comerciais, o que facilita a reposição numa eventual falha.

A seguir, são apresentados os componentes principais do protótipo desenvolvido, o qual é ilustrado na Fig. 1.

Figura 1. Visão geral do protótipo desenvolvido.

A. Arranjo Fotovoltaico A conversão da energia solar em energia elétrica é

realizada por 4 painéis fotovoltaicos da marca SunEdison. Cada painel é composto por 60 células fotovoltaicas conectadas em série. As principais especificações técnicas relativas a características elétricas dos painéis utilizados podem ser vistas na Tabela 1. É importante salientar que as características apresentadas na Tabela I se referem a Standard Test Conditions (STC) com irradiância de 1000 W/m2 e temperatura do módulo de 25 oC. Os painéis são conectados de tal forma que a tensão e a corrente no ponto de máxima potência (1060 W) são, respectivamente, 61,42 V e 17,26 A. São utilizados ainda 3 diodos de desvio e 2 diodos de bloqueio.

TABELA I. Especificações elétricas dos painéis fotovoltaicos SunEdison-P-Series

Parâmetro Valor

Potência Máxima Pmax (W) 265,00 Tensão de Circuito-aberto Voc (V) 37,81

Corrente de Curto-circuito Isc (A) 9,24 Tensão no ponto de máxima potência Vmpp (V) 30,71 Corrente no ponto de máxima potência Impp (A) 8,63

B. Conversor Boost O conversor eletrônico é responsável pela elevação da

tensão de saída do arranjo fotovoltaico, de aproximadamente 61,42 V, para o nível de tensão de alimentação nominal do barramento CC do conversor de frequência de 311 V. O conversor utilizado é um boost de 1 kW baseado na célula de comutação de três estados [13] com a utilização de dois enrolamentos secundários [14]. Assim, além de um rendimento nominal da ordem de 93 %, obtém-se um alto ganho estático (G) de tensão dado pela equação 1

! = !!!!"

= 1

1 − ! ∙ 1 + ∙ !

!

!=1

. (1)

Após definida em projeto a relação primário-secundário do

transformador (a), o ganho de tensão é inteiramente dependente da razão cíclica (D). Para isso, a razão cíclica deve ser mantida em valores superiores a 0,5, o que garante a operação no modo de condução contínua (MCC).

O conversor, ilustrado na Fig. 2, funciona com a sobreposição da operação dos dois transistores MOSFETs de potência S1 e S2, com uma defasagem de 180º.

S

C

C

S1 2

RC1 RCo1

RCo2

RCarga

C1

C2

C3

C4

C5

o1

o2

L

D2

D3

D4

D6

D5

D1

TR

C6

Figura 2. Conversor boost baseado na célula de comutação de três estados.

C. Conversor de Frequência O conversor de frequência desempenha um papel

fundamental na concepção de projeto adotada. Com ele é possível realizar partidas suaves no conjunto motor-bomba com limitação de corrente, o que, além de favorecer a utilização de painéis fotovoltaicos como fonte de energia, promove a redução da queda de tensão em cabos elétricos e estresse térmico no motor, e aumenta a vida útil da estrutura mecânica, notadamente os rolamentos.

O conversor utilizado é o CFW-08 de 1,5 kW, da marca WEG, com alimentação monofásica em 220 V eficaz e saída trifásica, também em 220 V. Apresenta facilidades como entrada analógica para comando de frequência, proteção contra sub e sobretensão no barramento CC, proteção contra

MACIEL FERREIRA FILHO et al.: PHOTOVOLTAIC PANEL 515

sobrecorrente, controlador PID interno e ajuste da frequência de chaveamento.

O conversor é parametrizado para operação no modo de controle escalar e com a mínima frequência de chaveamento permitida de 2500 Hz, dado que nessas condições as perdas por comutação dos transistores de potência são menores. Caso ocorram os fenômenos de ressonância série ou paralela, em função do comprimento dos cabos de alimentação, pode-se alterar esta frequência de chaveamento. Recomenda-se cautela nessas ações, dado que a frequência de chaveamento tem relação direta com falhas de isolamento em cabos e no próprio motor.

D. Conjunto Motor-Bomba O conjunto motor-bomba da marca DANCOR, modelo

SPP-1.1-TSR-13, é de aplicação submersa de 0,5 CV, sendo composto por um motor de indução trifásico de 2 pólos (3500 rpm) com tensão nominal de 220 V eficaz em 60 Hz, e uma bomba centrífuga de 13 estágios.

E. Processador Digital O processador digital deve, a priori, aplicar os sinais de

comando PWM (Pulse Width Modulation) nos transistores de potência do conversor boost numa frequência de 25 kHz, com a particularidade de que esses dois sinais de comando sejam defasados de 180º. Para tal tarefa é utilizado o microcontrolador dsPIC30f4013 da Microchip, o qual conta com 4 canais PWM com 2 bases de tempo distintas.

Sua função principal é controlar a tensão de saída do conversor boost, além de promover a proteção contra sobretensão do barramento CC de saída, evitando assim danos nos componentes por rompimento da rigidez dielétrica, e a proteção contra subtensão, para evitar o desligamento indevido do conversor de frequência. Também é realizado o monitoramento da tensão de saída do arranjo de painéis fotovoltaicos. É importante salientar que, neste projeto, os autores optaram por não implementar proteção contra sobrecorrente na entrada do conversor boost, dado que a corrente do arranjo de painéis fotovoltaico está limitada a 18,48 A, o que é inferior a capacidade de corrente dos transistores de potência.

A programação é realizada com a utilização do programa MikroC PRO para dsPIC. Este programa permite a implementação do código de programação em linguagem C, fato que facilita a simulação do sistema no software de simulação PSIM utilizando o elemento C Block.

O processador digital também desempenha papel importante na integração dos diversos componentes do sistema de bombeamento. Entretanto, essa funcionalidade será abordada apenas na Seção III.

F. Instrumentação Conforme citado anteriormente, o processador digital

monitora constantemente as tensões de entrada e saída do conversor boost. Este monitoramento é realizado através de divisores de tensão resistivos.

Há também o monitoramento para avaliação de desempenho do sistema. Para isso, utilizou-se um módulo de aquisição de dados da NATIONAL INSTRUMENTS, modelo

NI USB-6009, gerenciado por um aplicativo desenvolvido no software LABVIEW.

Dessa forma, são armazenados os dados de tensão e corrente da entrada do conversor boost, tensão e corrente da entrada do conversor de frequência, e pressão e vazão do conjunto motor-bomba.

O sensor de vazão é da marca Sea, modelo DN-32, com uma faixa de medição entre 1 e 120 l/min, o transdutor de pressão é da marca Novus, modelo NP-430, com faixa de medição entre 0 e 20 bar, e os sensores de corrente são da marca Allegro, modelo ACS756, com faixa de medição entre -50 e 50 A e modelo ACS712, com faixa de medição entre -5 e 5 A.

III. SISTEMA DE CONTROLE E GERENCIAMENTO O investimento inicial necessário para a aquisição de todos

os componentes do sistema de bombeamento aqui abordado é relativamente alto. Mesmo contando com o fato de que a energia solar é renovável e gratuita, um longo tempo de retorno de investimento pode tornar o negócio pouco atrativo. Por isso, é importante que um sistema de controle e gerenciamento seja desenvolvido para compatibilizar as necessidades da carga com a capacidade de fornecimento de uma fonte de energia limitada e intermitente, e assim promover um melhor aproveitamento do recurso natural.

A. Controle de Tensão de Saída do Conversor Boost O conversor boost, pela sua própria concepção, só pode

operar em malha aberta quando se tem uma garantia da existência de uma carga mínima de projeto. No caso da abordagem aqui apresentada, o conversor de frequência, o qual é a carga para o conversor boost, pode ser autodesligado como consequência da atuação das proteções contra sub ou sobretensão, por exemplo. Nestes casos, a tensão de saída do boost cresce rapidamente até causar danos no circuito de saída por rompimento da rigidez dielétrica. Dessa forma, o controlador é imprescindível por questões de segurança.

O controlador de tensão, no caso um controlador do tipo Proporcional-Integrador (PI), mantém a tensão regulada em 311 V diante de perturbações tais como elevação da temperatura de operação dos painéis ou sombreamentos parciais. Uma consequência direta dessa regulação é o aumento do desempenho do conversor de frequência e do conjunto motor-bomba.

B. Gerenciamento da Operação Quando a irradiância solar atinge um valor mínimo

necessário para que o processador digital entre em operação, o sistema de controle promove inicialmente a elevação suave da tensão de saída (Vboost) do conversor boost até que seja atingido o patamar de 311 V. Em seguida o processador digital inicia o incremento de frequência comandada na entrada analógica do conversor de frequência, impondo assim uma carga cada vez mais elevada ao arranjo fotovoltaico, no intuito de extrair o máximo de energia. É importante lembrar que a potência em bombas centrífugas tem uma relação cúbica com a velocidade angular (!~!!). Com isso, a tensão de geração dos painéis fotovoltaicos tende a cair. Se a tensão

516 IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 16, NO. 2, FEB. 2018

atingir um valor aquém de 50 V, o processador digital promove a redução da frequência comandada ao conversor de frequência, causando uma consequente redução de carga. Com isso, ocorre a manutenção da tensão de operação nas imediações do ponto de máxima potência (VMPP).

Em momentos de baixa irradiância, decorrentes de fortes sombreamentos causados por nuvens, o controlador de tensão de saída do conversor boost pode se tornar incapaz de manter a tensão em 311 V sob a condição de carga. Mesmo com a elevação da razão cíclica, o simples fato dos painéis estarem gerando menos que a demanda do conjunto motor-bomba, faz com que a tensão de saída do conversor boost caia. Se a tensão cair abaixo de 200 V, o conversor de frequência (comercial) entra em modo de proteção por subtensão e se auto desliga. Para evitar o desligamento desnecessário do conversor de frequência, o sistema de controle reduz abruptamente a frequência comandada ao conversor de frequência sempre que a tensão de saída do conversor boost cair abaixo de 250 V. Caso o desligamento seja inevitável, o sistema de controle envia um comando digital de reset para o conversor de frequência com o intuito de continuar a operação.

Como consequência da redução de frequência comandada ao conversor de frequência, a máquina de indução passa a operar como gerador, convertendo a energia cinética da massa girante e da água em movimento em energia elétrica e devolvendo parte dessa energia para o barramento CC do conversor de frequência. Sob condição de redução suave de frequência comandada e com o conversor boost conectado diretamente ao barramento CC do conversor de frequência, essa devolução de energia ajuda na regulação da tensão de saída do boost. Em caso de reduções abruptas de frequência comandada, ocorre um fluxo de energia intenso, podendo causar sobretensão no barramento CC e, consequentemente, na saída do conversor boost. Visando a proteção do conversor boost, quando a tensão no barramento CC atinge 380 V, o processador digital aciona um banco de resistores (Rprot) para dissipar o excesso de energia. No caso em que o conversor boost é conectado ao retificador de entrada do conversor de frequência, uma possível sobretensão fica limitada ao barramento CC do conversor de frequência, tendo em vista que os diodos do retificador não permitem o fluxo reverso de corrente. Dessa forma, cabe ao conversor de frequência a tarefa de proteção. Como consequência, há o desperdício da energia cinética e o risco de desligamento do conversor de frequência por sobretensão, caso não sejam instalados resistores de proteção no próprio conversor de frequência.

O fluxograma da operação do sistema de controle é apresentado na Fig. 3.

Leitura de V e VPV boost

V <= 250 Vboost

V >= 380 Vboost

Não

Não

Sim

Sim

Sim

Inicio = 0freq_conv

freq_conv = 0reset = 1

R = 1prot

R = 0prot

Decrementa freq_conv

Aguarda 100 ms

Incrementa freq_conv

V > VPV MPP Não

Figura 3. Fluxograma da operação do sistema de controle.

IV. METODOLOGIA E RESULTADOS Nesta seção são apresentados os métodos aplicados na

concepção do protótipo, testes para avaliação de desempenho e os resultados comentados.

A. Avaliação dos Módulos Fotovoltaicos A potência nominal informada no catálogo do fabricante

dos módulos fotovoltaicos refere-se a condições (STC) com irradiância (1000 W/m2) e temperatura do módulo (25 oC). Logo, é importante submeter os módulos às condições locais de operação para avaliar o quanto se pode esperar dos mesmos.

Utilizando instrumentação adequada e reostato de potência como carga, um painel foi submetido a uma irradiância média de 1050 W/m2 para gerar as curvas apresentadas na Fig. 4.

Como referência, foi apresentada a curva de potência gerada a partir do modelo de painel com um diodo [15] e dos dados de catálogo.

MACIEL FERREIRA FILHO et al.: PHOTOVOLTAIC PANEL 517

Figura 4. Curvas de potência para condições operacionais diferentes.

Percebe-se que a instalação de cabeamento inadequado e o efeito da temperatura do módulo produzem uma queda acentuada na potência disponível. O fato é que, mesmo utilizando os cabos e conectores recomendados pelo fabricante dos módulos, a temperatura dos mesmos em condição operacional local (62 oC) limita a potência disponível em 204 W.

B. Estimação do Modelo do Controlador Boost A elaboração de um modelo matemático que represente

tanto o comportamento estático quanto o dinâmico do conversor boost é o passo inicial para a aplicação de uma metodologia de projeto dos ganhos do controlador. Assim, em função das características próprias do conversor, os autores adotam o modelo de Hammerstein apresentado na Fig. 6, o qual é composto por uma não linearidade estática em série com um modelo dinâmico linear [16].

Figura 6. Estrutura do modelo de Hammerstein.

A característica estática do conversor f(.), dada na equação 2, foi obtida a partir de simulações no software de simulação PSIM.

! ! = 0,1257.!! − 9,9145.! + 356,0329 (2)

Para a determinação experimental do modelo dinâmico, o conversor foi submetido a uma tensão de entrada fixa de 30 V e foi aplicado um sinal PRAS (Pseudo Random Analog Signal) à entrada de razão cíclica. De posse dos sinais de entrada e saída, aplica-se o algoritmo dos mínimos quadrados com restrições [17] para a obtenção da função de transferência ! ! dada na equação 3.

! ! = !! !! ! = 0,07043! − 0,9296 3

Uma comparação entre a saída do conversor boost e de seu modelo referente a uma aplicação de sinal PRAS à entrada de razão cíclica é apresentada na Fig. 7. O erro no estado permanente é de 0,30 % e os autores consideram a

resposta dinâmica do modelo aceitável para representar o conversor.

Figura 7. Respostas do conversor boost e de seu modelo a um sinal PRAS aplicado à entrada de razão cíclica com períodode amostragem de 1,6ms.

C. Avaliação do Desempenho do Controlador de Tensão do Boost

O modelo do conversor para a condição operacional de tensão de saída em 311 V (D=0,52) é dado por

!!"#$ ! = !! (!)! (!) = 0,2602

! − 0,9296 , (4)

e as especificações de projeto estabelecidas pelos autores são máximo sobre-sinal de 20% e tempo de acomodação menor que 0,6 s. Utilizando a técnica de projeto baseada na avaliação do lugar das raízes, projetou-se o controlador dado pela equação 5

!!" ! = 4,5 ∙ ! − 0,4! − 1 . (5)

A resposta do sistema de controle a variações em degrau na entrada de referência é apresentada na Fig. 8. O sobre-sinal máximo obtido na tensão de saída é de 0,64 % e o tempo de acomodação é de 144 ms. Já a resposta a variações de tensão de entrada (Fig. 9) apresenta um afundamento de 2,9 % e um sobre-sinal máximo de 3,6 % na tensão de saída do conversor, o que é considerado pelos autores como aceitável.

Figura 8. Resposta do sistema de controle a variações de referência.

5 10 15 20 25 30 35

50

100

150

200

250

300

Tensão (V)

Potê

ncia

(W)

Modelo de 1 Diodo baseado na folha de dados SunEdison P-series 265 W - 25ºCEnsaio com cabo elétrico de 2,5mm2 - 55ºCEnsaio com cabo elétrico de 2,5mm2 - 26,5ºCEnsaio com cabo elétrico de 6mm2 e conector MC4 - 62ºCEnsaio com cabo elétrico de 6mm2 e conector MC4 - 33ºC

1,5 2 2,5 3 3,5

180

200

220

240

260

280

Tempo (s)

Tens

ão d

e Sa

ída

(V)

ExperimentalModelo de Hammerstein 1ª Ordem

1 1,5 2 2,5 3

250

260

270

280

290

300

310

320

330

Tempo (s)

Tens

ão d

e Sa

ída

(V)

Tensão de saída do conversor boost - experimental

518 IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 16, NO. 2, FEB. 2018

Figura 9. Resposta do sistema de controle a variações de tensão de entrada.

Quando ocorre sombreamento decorrente de passagem de uma nuvem, como pode ser visto na Fig. 10, devido a limitação de potência gerada, o controlador de tensão de saída do conversor boost não é mais capaz de manter a tensão em 311 V. Assim, o sistema de controle envia um comando de frequência zero para o conversor de frequência. Percebe-se então, a recuperação da tensão do arranjo fotovoltaico. Em seguida é iniciado um novo ciclo de busca pela tensão de máxima potência pré-estabelecida.

Figura 10. Comportamento do sistema diante do sombreamento do arranjo fotovoltaico.

D. Avaliação do Sistema Testes realizados com o sistema demonstraram que

mesmo diante de variações de irradiância ocasionadas pela passagem de nuvens o sistema é capaz de retornar ao funcionamento automaticamente, não havendo desligamentos por subtensão no conversor de frequência, como pode ser visto na Fig. 10. No sistema proposto as variações observadas de vazão e pressão estão relacionadas diretamente com a irradiância e com a busca da tensão de máxima potência do arranjo fotovoltaico, no teste realizado foi obtido uma vazão máxima de 1100 l/h a uma altura manométrica de 25 m.

O sistema em malha de controle aberta revela que o rendimento geral do sistema, contando a partir da saída dos módulos fotovoltaicos, é de 6,94 % para a máxima potência extraída dos módulos fotovoltaicos. Dado que o conversor boost e o conversor de frequência apresentam rendimentos de

92,52 % e 95 %, respectivamente, nessa mesma faixa de potência, observou-se que a maior parte da energia dissipada ocorre no conjunto motor-bomba. Isto, de certa forma, era esperado dado que motores de baixa potência, como é o caso, apresentam rendimento e fator de potência baixos. É importante lembrar que as potências ativa e reativa são fornecidas a partir do barramento CC do conversor de frequência. Confirmando esta ideia, um estudo de otimização [18] utilizando um sistema de bombeamento semelhante ao aqui apresentado obteve rendimentos na faixa 5,47 % a 7,4 %.

V. CONCLUSÃO Neste trabalho foi apresentada uma solução para o

bombeamento de água para fins domésticos ou para irrigação de pequenas culturas em localidades onde o acesso à agua exige tecnologia específica. A fonte de energia primária é do tipo solar fotovoltaica sem o uso baterias e, dessa maneira, evita-se o uso de um componente com vida útil reduzida quando comparada com os demais. Para reduzir o número de painéis, foi utilizado um conversor boost de alto ganho e alto desempenho para fornecer tensão contínua regulada ao barramento CC de um conversor de frequência. Este é o responsável por acionar um conjunto motor-bomba composto por motor de indução trifásico e bomba centrífuga submersa. O conversor boost proposto apresentou um rendimento de 92,52 %, para uma potência de entrada de 687 W, confirmando dessa forma que a topologia do conversor adotada para esse estudo é uma opção viável em sistemas de bombeamento solar fotovoltaicos. Com o controle de variação da frequência comandada, o sistema é capaz de evitar a parada do conversor de frequência por subtensão, permitindo assim o funcionamento do sistema após a passagem de nuvens. O sistema em funcionamento apresentou, para horários de máxima irradiância solar, vazões na ordem de 1100 l/h a uma altura manométrica de 25 m. Com base nos resultados apresentados, conclui-se que o sistema de bombeamento proposto se apresenta como uma solução viável para utilização em locais onde não existe rede elétrica convencional.

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0.5 1 1.5 2 2.5 3

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

Tempo (s)

Tens

ão d

e Sa

ída

(V)

Tensão de Saída do conversor boostTensão de Entrada do conversor boost X 4

322,2 V

301,8 V

150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 3000

100

200

300

400

Tens

ão (V

)

Tempo (s)

150 200 250 3000

50

100

150

200

Tens

ão (V

)

Tensão do conversor boostTensão do arranjo fotovoltáico

160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 2900

300

600

900

1200

Vazã

o (l/

h)

Tempo (s)

150 200 250 3000

10

20

30

40

Pres

são

(mca

)

Vazão do sistema de bombeamentoPressão do sistema de bombeamento

Passagem de Nuvem

1100

25

MACIEL FERREIRA FILHO et al.: PHOTOVOLTAIC PANEL 519

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[18] VITORINO, M. A. Otimização do Processamento da Energia em sistemas de Bombeamento Fotovoltaico e Conversão monofásica. Tese (Doutorado) — Universidade Federal de Campina Grande, 2012.

José Rogério Maciel Fereira Filho, Master's degree student in Renewable Energy at Institute of Education, Science and Technology of Ceará – IFCE, received the Technologist degree in Mechatronics from Federal Center for Technological Education of Ceará, Fortaleza, Brazil, in 2007, and is a professor at IFCE, Campus of Itapipoca, Ceará, Brazil.

Fábio Rodrigo Freitas Mendes, Master's degree student in Renewable Energy at Institute of Education, Science and Technology of Ceará – IFCE, Specialist in Production Engineering by IEducari in 2011, and is a professor at IFCE, Campus of Tabuleiro do Norte, Ceará, Brazil.

Igor Rocha de Sousa, Bachelor’s degree student in Mechatronics Engineering at Institute of Education, Science and Technology of Ceará – IFCE, Fortaleza, Ceara, Brazil. His current research interest are: Renewable Energy, Pattern Recognition and Electrical Machines.

José Renato de Brito Sousa, received the PhD in Electrical Engineering from Federal University of Campina Grande, Brazil (2008) and he is professor at the Federal Institute of Education, Science and Technology of Ceará – IFCE, Fortaleza, Brazil. His current research interests are: discrete-event and hybrid systems, renewable energy and smart grid.

Cláudio Marques de Sá Medeiros, received the PhD degree in Teleinformatics Engineering from Federal University of Ceará, Fortaleza, Brazil, in 2008, and is a professor at Federal Institute of Education, Science and Technology of Ceará, Fortaleza, Brazil. His current research interest is applications in Renewable Energy.

520 IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 16, NO. 2, FEB. 2018