Avaliação de MPPT com conversor Buck para nó sensor sem fio

Abstract

Atualmente, existe uma crescente demanda por nós sensores sem fio para monitoramento de grandezas ambientais. Porém, esses equipamentos apresentam uma dificuldade de alimentação devido à natureza de sua aplicação. A exploração de formas alternativas de alimentação desses equipamentos apresenta grandes vantagens quanto à manutenção, necessária devido à substituição ou recarga de baterias dos mesmos. Assim, com o avanço da tecnologia e redução de custo de painéis fotovoltaicos, estes passaram a ser utilizados na alimentação de nós sensores sem fio para monitoramento ambiental. Contudo, a eficiência de transferência de energia do painel fotovoltaico para esses equipamentos pode ser melhorada. Dessa forma, este trabalho propõe o desenvolvimento, montagem e testes de um circuito que realiza o rastreamento do máximo ponto de potência (MPPT) de um painel fotovoltaico, com a utilização do algoritmo de perturbar e observar (P&O), para ser utilizado em nós sensores sem fio. A solução proposta utiliza como principais partes dois sensores, um de tensão e um de corrente, para monitoramento da potência drenada do painel, um regulador DC-DC buck síncrono para promover a perturbação do sistema, e um microcontrolador cujo firmware executa o algoritmo proposto. Foram realizadas montagens e testes com os principais elementos, bem como a de um protótipo do sistema proposto. Os resultados obtidos mostraram que o sistema consome uma corrente de 11mA quando ativo, que é um consumo relativamente baixo e muito importante para a aplicação. Observou-se também que o sistema proposto realizou o MPPT com divergência de 0,6% a 8,5% do cenário ideal. Foram observados, também, casos onde o sistema respondeu de forma inesperada, e que indicam a necessidade de alguns ajustes do produto final obtido. Com os resultados obtidos neste trabalho, afirma-se que o objetivo proposto foi alcançado e espera-se que este estudo possa continuar em trabalhos futuros, onde serão realizados ajustes do circuito construído, e testes exaustivos em redes de sensores sem fio.

Nowadays, there is an increasing demand of wireless sensor nodes for environmental monitoring. Although, these equipments present a powering difficulty, because of its application nature. The exploring of alternative means of energy to power these equipments presents great advantages when it comes to maintenance, needed to replace or recharge its batteries. So, with the technological enhancement and cost decrease of solar panels, these components started to be used in wireless sensor nodes for environmental monitoring. However, the power transfer efficiency from the solar panel to the equipments can be improved. Therefore, this project proposes the development, assembly and test of a circuit that performs the maximum power point tracking (MPPT) of a solar panel, by means of the perturb and observe (P&O) algorithm, to be used in wireless sensor nodes. The proposed solution has two sensors, a current sensor and a voltage sensor, for monitoring the drained power from the panel, a DC-DC synchronous buck regulator to perform the system disturb, and a microcontroller that runs a firmware that contains the proposed algorithm, as main parts. The assembly and test of the main parts were performed, as well as the development of a prototype for the proposed system. The obtained results shows that the proposed system consumes a current of 11mA when active, which is relatively low and very important for the application. It was also observed that the proposed system achieved the MPPT function with results diverging from ideal situation by 0,6% to 8,5%. It was observed cases where the system responded unexpectedly and that indicates the need of few adjustments. By the obtained results, it is possible to affirm that the proposed objective was achieved, and it is expected that this study can continue in the form of future works, where adjustments will be made to the constructed solution, and exhausting tests will be made.