Computer tools to aid the learning and design steps for photovoltaic systems

Sampaio, Leonardo Poltronieri; Brito, Moacyr A. G. de; Melo, Guilherme A.; Canesin, Carlos A.

doi:10.1109/cobep.2011.6085186

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“…Desta forma, este processo pode ser um tanto quanto trabalhoso, uma vez que os professores precisam ensinar desde conceitos tradicionais até os mais modernos, envolvendo as principais aplicações da eletrônica de potência, de uma forma dinâmica e clara para os alunos. Uma possibilidade de melhorar este processo é o de utilizar novas metodologias educacionais envolvendo o uso de ferramentas computacionais para auxiliar o ensino de forma dinâmica e interativa [8], [9].…”

Section: Introductionunclassified

“…No contexto das ferramentas educacionais, em [9] foram propostas ferramentas para o auxílio no ensino de sistemas FVs, que podem ser utilizadas em computadores pessoais. Esta ferramenta computacional ilustra o funcionamento de um arranjo FV e o emprego do conversor Boost, permitindo verificar as principais formas de ondas do conversor e interagir com as principais curvas características do sistema (IxV e PxV).…”

Section: Introductionunclassified

“…Por outro lado, em [10] foi proposto um emulador fotovoltaico eletrônico, o qual foi construído utilizando o conversor Buck e possui uma interface gráfica desenvolvida voltada para o ensino/aprendizado de sistema FV. Porém, por se tratar de um equipamento eletrônico, é necessário que o aluno/professor disponha de um laboratório para estudo/utilização e tenha recursos financeiros para implementar ou adquirir este tipo de solução, já as ferramentas apresentadas em [9] precisam somente de um computador e podem ser utilizadas em diversos ambientes, atuando de forma complementar ao estudo de sistemas FV.…”

Section: Introductionunclassified

“…Ainda neste contexto, este trabalho apresenta uma evolução das ferramentas apresentadas em [9], incluindo o emprego dos conversores Buck e Buck-Boost, o emprego de técnicas de seguimento do ponto de máxima potência, além da determinação das resistências empregadas no modelo matemático da célula FV.…”

Section: Introductionunclassified

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Ferramentas Computacionais Aplicadas ao Ensino de Sistemas Fotovoltaicos

Sampaio¹,

Brito²,

Canesin³

2018

Eletrônica de Potência

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Resumo -Este trabalho apresenta um conjunto de ferramentas computacionais para o auxílio no ensino de temas relacionados às energias renováveis, envolvendo sistemas fotovoltaicos (FV). O comportamento estático e dinâmico do arranjo FV, suas funcionalidades e interações com as principais topologias de conversores de potência são abordadas e consideradas nas ferramentas propostas. As principais curvas características do arranjo FV, como corrente e potência por tensão (IxV e PxV) estão presentes e podem ser modificadas de forma dinâmica e interativa, auxiliando ambos, professores e estudantes no processo de ensino e aprendizagem. Adicionalmente, as ferramentas apresentam o funcionamento dinâmico dos sistemas FVs no seguimento da máxima potência extraível, a fim de permitir, de forma fácil e rápida, o completo estudo e análise de um sistema FV real. A partir de resultados experimentais e de simulação, os resultados provenientes da ferramenta proposta são comparados e confrontados, validando sua aplicabilidade. Finalmente, o conjunto de ferramentas educacionais para o ensino de sistemas FVs pode ser empregado tanto em sala de aula teórica, quanto em atividades práticas, auxiliando no aprendizado de sistemas FV. Palavras-Chave -Algoritmos de MPPT, Eletrônica de Potência, Ferramentas de Simulação, Ferramentas Educacionais, Sistemas Fotovoltaicos. 1Abstract -This paper presents a set of computational simulation tools to aid the teaching of topics related to renewable energies, involving photovoltaic (PV) systems. The static and dynamic behavior of the PV array, its functionality, and interactions with the main power converters topologies are covered and taken into account. The main PV array characteristic curves, such as current and power versus voltage (IxV and PxV) are included, which can be dynamically and interactively modified, helping both lecturers and apprentices in the teaching and learning processes. In addition, these tools show the PV systems dynamic operation for tracking the maximum available power in order to allow easy and 1 Artigo submetido em 28/02/2018. Primeira revisão em 06/04/2018. Aceito para publicação em 28/06/2018 por recomendação do Editor Marcello Mezaroba. http://dx.fastest learning and analysis of the entire system. Considering Matlab/Simulink and experimental results, the results from the proposed tools are compared and confronted, validating its operational feasibility. Finally, the set of educational tools support the teaching of PV systems in both theoretical and experimental activities for learning improvement.

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Section: Introductionunclassified

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Ferramentas Computacionais Aplicadas ao Ensino de Sistemas Fotovoltaicos

Sampaio¹,

Brito²,

Canesin³

2018

Eletrônica de Potência

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“…Considerando especificamente o ensino de eletrônica potência, ao longo dos últimos anos tem-se desenvolvido e propostas diversas ferramentas computacionais capazes de demonstrar de forma interativa e dinâmica o funcionamento dos principais conversores estáticos de potência, assim como o funcionamento de fontes renováveis de energia elétrica [21]. Em complemento às aulas presenciais, diversos trabalhos têm apresentado o desenvolvimento de laboratórios virtuais para o ensino remoto de conversores estáticos, nos quais o estudante pode modificar parâmetros e visualizar formas de ondas de tensão e corrente pertinentes aos tópicos abordados nas experiências práticas [22], [23].…”

Section: Introductionunclassified

Desenvolvimento De Uma Plataforma Computacional Gráfica Dedicada Ao Ensino De Sistemas Fotovoltaicos Usando Um Emulador Eletrônico

Sampaio¹,

Silva²,

Vargas³

2017

Eletrônica de Potência

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Resumo -Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um emulador eletrônico fotovoltaico (PV -photovoltaic), que opera em conjunto com uma plataforma gráfica computacional, auxiliando em procedimentos de ensino teóricos e práticos de tópicos relacionados a sistemas PV abordados em cursos de graduação e pós-graduação. O emulador eletrônico é composto por um retificador monofásico controlado e um conversor CC-CC Buck, cujo objetivo é sintetizar em seus terminais de saída diversas curvas características de um determinado arranjo PV, garantindo que a corrente drenada da rede elétrica seja senoidal e com fator de potência unitário. A emulação da curva característica do módulo PV é implementada em controlador digital de sinal a partir do modelo matemático que representa o circuito elétrico de uma célula PV. Utilizando a linguagem de programação Java, é desenvolvida uma plataforma computacional interativa e dinâmica, a qual permite o controle e monitoramento em tempo real do emulador eletrônico. A ferramenta gráfica permite: i. modificar o modelo da célula PV; ii. alterar a quantidade de módulos PV; iii. variar a temperatura e a irradiância solar incidentes nos módulos PV; e iv. visualizar a tensão e a corrente sintetizada pelo emulador eletrônico. A partir de resultados experimentais, o emulador eletrônico é avaliado considerando variações climáticas envolvendo irradiância solar e temperatura, bem como por meio de transitórios de carga, cuja finalidade é validar o desenvolvimento teórico.Abstract -This work presents the development of an electronic photovoltaic (PV) emulator, which operates in conjunction with a graphic computational platform,  Artigo submetido em 23/06/2016. Primeira revisão em 25/09/2016. Aceito para publicação em 11/11/2016 por recomendação do Editor Marcelo Cabral Cavalcanti.

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Graphic computational platform integrated with an electronic emulator dedicated to photovoltaic systems teaching

Sampaio

Silva

2017

IET Power Electronics

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This study deals with the development of a photovoltaic (PV) electronic emulator (PVEE), operating integrated with a graphic computing platform, for teaching topics related to PV systems in either undergraduate or postgraduate courses. The PVEE is deployed by a DC-DC buck converter to emulate on its output terminals several characteristic curves of a specific PV system, in which climate conditions such as solar irradiation and temperature are taken into account. Emulation of the PV module characteristic curves is embedded in a digital signal controller, which is based on a mathematical model that represents the electric circuit of the PV cell. The educational platform makes possible the following tasks: (i) define and change the PV cell model, (ii) define the number of PV modules, (iii) define and change the solar irradiation and temperature that the PV modules are subjected to, and (iv) visualise voltage and current quantities that are synthesised by the PVEE. From experimental tests, the PVEE is evaluated considering climatic variations involving solar irradiation, temperature, and load transients, whose purpose is to validate the theoretical development. Furthermore, the DC-DC boost converter is employed to perform the maximum power point tracking. Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed system.

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Computer tools to aid the learning and design steps for photovoltaic systems

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Ferramentas Computacionais Aplicadas ao Ensino de Sistemas Fotovoltaicos

Ferramentas Computacionais Aplicadas ao Ensino de Sistemas Fotovoltaicos

Desenvolvimento De Uma Plataforma Computacional Gráfica Dedicada Ao Ensino De Sistemas Fotovoltaicos Usando Um Emulador Eletrônico

Graphic computational platform integrated with an electronic emulator dedicated to photovoltaic systems teaching

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