inversor monofÁsico sistemas isolados

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UNIVERSIDADE PAULISTA INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA ENGENHARIA ELÉTRICA ALLYELSON THEALLES TEIXEIRA EDUARDO OLIVEIRA DE JESUS JONATAN PIMENTEL DE CAMARGO ROGERIO POLTRONIERI DE SOUSA INVERSOR MONOFASICO SISTEMAS ISOLADOS Campinas – SP 2013 1

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INVERSOR MONOFÁSICO SISTEMAS ISOLADOS.

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  • UNIVERSIDADE PAULISTA

    INSTITUTO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

    ENGENHARIA ELTRICA

    ALLYELSON THEALLES TEIXEIRA

    EDUARDO OLIVEIRA DE JESUS

    JONATAN PIMENTEL DE CAMARGO

    ROGERIO POLTRONIERI DE SOUSA

    INVERSOR MONOFASICO SISTEMAS ISOLADOS

    Campinas SP

    20131

  • INVERSOR MONOFASICO SISTEMAS ISOLADOS

    Monografia apresentada Universidade

    Paulista campus Swift como requisito parcial

    obteno do ttulo de bacharel em Engenharia

    Eltrica

    Orientadores:

    Prof. Dr. Daniel Moutinho Pataca

    Prof. Ms. Winston F. De Lima Gonalves

    Campinas SP

    2013

    2

  • UNIVERSIDADE PAULISTA

    INSTITUTO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

    ENGENHARIA ELTRICA

    INVERSOR MONOFASICO SISTEMAS ISOLADOS

    Monografia aprovada em ____/____/____ para obteno do ttulo de Bacharel em Engenharia

    Eltrica.

    Banca Examinadora:

    _______________________________________

    Prof. Dr. Daniel Moutinho Pataca

    _______________________________________

    Professor Marcos A. N. Guimares

    _______________________________________

    Professor Convidado:

    3

  • AGRADECIMENTOS

    A Deus, pai de todas as horas que nos suportou em

    todos os momentos, difceis ou no.

    Aos nossos familiares, pilares de nossas estruturas,

    que nos alimentaram com todo o apoio possvel.

    Ao corpo docente e discente, que juntos fizeram

    parte de toda nossa histria acadmica e

    profissional.

    4

  • RESUMO

    Tomando como base os pilares do desenvolvimento e evoluo de

    sistemas de distribuio de energia eltrica, o inversor utilizado neste sistema aqui

    desenvolvido e definido de acordo com todos os aspectos sociais, polticos e

    econmicos em questo.

    O foco principal a gerao de energia a partir de clulas fotovoltaicas , a

    fim de ter uma fonte de gerao de eletricidade, 127V 60Hz , de fcil acesso.

    Durante todo o estudo, desenvolvimento e maturao da idia, o foco foi visar

    simplificar o conversor, buscando um produto que seja confivel , durvel e de fcil

    acesso - de baixo custo - a todos aqueles que dificilmente teriam acesso energia

    eltrica em suas casas.

    O conversor tambm dispoe de sistemas de controle simples , para que

    tenhamos o resultado final como esperado.

    Como discutido e validado usando o prottipo, claro que uma vez que

    existem investimentos em mente, na verdade o conceito de gerao de energia

    eltrica por meio fotovoltaicos pode, e deve, expandir. Tambm verdade que

    qualquer expanso do mercado, so geradas mudanas nos fatores de questes

    de compra, fabricao e venda de produtos.

    Palavras chave: Iversores, custos, desenvolvimento, clulas fotovoltaicas, sustentabilidade.

    5

  • ABSTRACT

    Taking as a base of the pillars of the development and evolution of electric

    power distribution systems, inverters used in this system here are developed and

    defined in accordance with all the social , political and economic aspects in

    question.

    The main focus is the generation of energy from the photovoltaic cells in

    order to have a source of electricity generation, 127v 60Hz, for easy access .

    Throughout the study , development and maturation of the idea was the focus

    aimed at simplifying the converter, seeking a product that is both reliable , durable

    and easy to access time - low cost - to all who are in touch with the technology of

    power distribution.

    The converter is also available of simple control systems, so that we have

    the final result as expected .

    As discussed out and validated using the prototype, it is clear that since

    there are investments in mind, indeed the concept of generating electricity by

    photovoltaic means can expand. Also its true that any expansion of the market ,

    changes in factors issues purchasing , manufacturing and retailing of products .

    Palavras chave: Inverters, costs, development, photovoltaica cells, susteintability.

    6

  • LISTA DE ABREVIATURAS

    Prodeem - Programa de Desenvolvimento Energtico dos Estados e Municpios

    IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica

    MPPT - Maximum Power Point Tracking

    SPWM - Synchronized Pulse-Width Modulation

    ANEEL - Agncia Nacional de Energia Eltrica

    PWM - Pulse Width Modulation

    CPFL - Companhia Paulista de Fora e Luz

    IPEA - Instituto de Pesquisa Econmica Aplicada

    PIB - Produto Interno Bruto

    BNDES - Banco Nacional de Desenvolvimento Econmico e Social

    FINEP Financiadora de Estudos e Projetos

    PNER - Programa Nacional de Eletrificao Rural

    LPT - Luz para Todos

    SIGFIs - sistemas Individuais de Gerao de Energia com Fontes Alternativas

    MIGDI - Microssistema Isolado de Gerao e Distribuio de Energia Eltrica

    QFD - Quality Function Deployment

    PVC - Policloreto de Vinila

    IGBT - Insulated-gate bipolar transistor

    MOSFET - MetalOxideSemiconductor Field-Effect Transistor

    BJT - Bipolar Junction Transistor

    IPTU - Imposto predial territorial urbano

    TJLP - taxa de Juros de Longo Prazo

    7

  • SUMRIO

    INTRODUO ........................................................................................................................10

    1. HISTORICO DO PROJETO ............................................................................................12

    2. Planejamento de Mercado do Produto..........................................................................14

    2.1. Identificao das necessidades dos consumidores ..........................................15

    2.2. Gerao e definio do conceito........................................................................17

    2.3. Estudo de Mercado.............................................................................................19

    2.3.1 Instrumentos para o estudo de Mercado ......................................................24

    2.3.2 Fatores evolutivos de Mercado .....................................................................24

    2.4. Vantagens Competitivas.....................................................................................26

    2.4.1 Fatores Ganhadores de Pedido ....................................................................27

    2.4.2 Fatores Qualificadores ..................................................................................29

    2.5. Previso de Demanda ........................................................................................30

    2.6. Introduo do produto no mercado ....................................................................31

    2.6.1 Estratgias de comercializao ....................................................................31

    3. Projeto do Produto ................................................................................................32

    3.1. Desenvolvimento do Produto .............................................................................32

    3.1.1 Parte Estrutural..............................................................................................38

    3.1.2 Parte de controle e elevao de tenso CC-CC ..........................................41

    3.1.3 Parte de converso e controle de CC em CA ..............................................43

    3.2. Caractersticas tcnicas .....................................................................................43

    3.2.1 Matriz l - Exigncias do Consumidor / Caractersticas do Projeto ..............44

    3.2.2 Matriz 2 - Caractersticas do projeto / Caractersticas dos Componentes ..45

    3.3. Tecnologia do Produto .......................................................................................46

    3.3.1 Controle MPPT ..............................................................................................46

    3.3.2 Etapa elevadora conversor CC-CC (boost) ..............................................47

    3.3.3 Modo de comutao monofsica atravs de transistores IGBTs ................50

    8

  • 3.3.4 Controle SPWM .............................................................................................51

    3.4. Materiais utilizados .............................................................................................52

    4.2 Necessidades de financiamento ......................................................................55

    4.3 Custos totais de fabricao ..............................................................................56

    4.4 Avaliao financeira .........................................................................................57

    4.5 Anlise de sensibilidade ...................................................................................61

    5. O PRODUTO ......................................................................................................................62

    5.1 APRESENTAO DO PRODUTO ..............................................................................62

    5.2 O CRONOGRAMA DE DESENVOLVIMENTO ........................................................63

    5.3 DESCRIO DOS SEUS COMPONENTES E TAMBM O PORQUE DE SUA ESCOLHA ..................................................................................................................63

    5.3.1 ETAPA STEP UP BOOST ............................................................................63

    5.3.2 CONTROLE MPPT .......................................................................................67

    5.3.3 PONTE IGBTs ...............................................................................................68

    5.3.4 Dissipador de calor........................................................................................69

    5.4.5 CONTROLE SPWM ......................................................................................73

    5.4.6 APRESENTAO DE SEU FUNCIONAMENTO COMO TAMBM SUA DESCRIO TCNICA .........................................................................................76

    6. CONCLUSO .....................................................................................................................81

    6.1 DISCUSSES .....................................................................................................92

    9

  • INTRODUO

    Em 2010 o censo do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica (IBGE)

    indicou que mais 716 mil famlias ainda viviam sem energia eltrica no Brasil, sendo

    ainda que o fornecimento de energia eltrica ainda no atinge 2.749.243 habitantes

    do Pas. Desse total, 396.294 pessoas esto nas cidades e 2.352.949 moram na

    zona rural, segundo os nmeros do Censo de 2010.

    Conforme apontado pelo censo, as maiorias dos habitantes que no

    possuem energia eltrica esto na zona rural, desse modo, os custos e as

    dificuldades para montagem das linhas de transmisso para as distribuidoras so

    caros e o tempo para atender as necessidades dessas famlias depende do tempo

    que as linhas de transmisso so construdas.

    Para levar energia por meio de linhas de transmisso distribudas, muitas

    vezes preciso atravessar florestas e rios, carregando postes, fios e

    transformadores no lombo de burros, em canoas ou at mesmo em helicpteros,

    passando cabos por baixo de gua nos rios mares.

    At agora, com o programa "Luz para Todos" que foi lanado em novembro

    de 2003 com o desafio de acabar com a excluso eltrica no pas, a meta era levar

    energia eltrica para mais de 10 milhes de pessoas do meio rural at o ano de

    2008, tendo sido atingida em maio de 2009 e, em agosto de 2013, j somam se mais

    de 3 milhes de famlias em todos os Estados do Brasil, beneficiando cerca de 14,9

    milhes de brasileiros, moradores da zona rural.

    O Pas investiu mais de R$ 20 bilhes nessa iniciativa, destacou a

    Presidente Dilma Rousseff na edio desta segunda-feira, 18 de 2013 no programa

    semanal de rdio "Caf com a Presidenta" (http://cafe.ebc.com.br) apontando que j

    foram instalados 88 quilmetros de cabos subaquticos, em rios e mares.

    Em locais onde no h como estruturar uma rede eltrica com postes, as

    empresas estaduais de energia montam sistemas que aliam energia solar e energia

    elica. "No caso desses dois sistemas no darem conta de gerar toda a energia que

    a comunidade precisa, ela complementada por geradores a diesel", destacou. No

    interior do Amazonas, citou Dilma, foi montado um sistema de 12 miniusinas de

    energia solar para garantir luz eltrica a 220 famlias nos municpios de Novo Airo,

    Eirunep, Barcelos, Autazes, Maus e Beruri. 10

  • A proposta deste trabalho o qual apresentamos um projeto de inversor

    monofsico, de baixo custo para uso residencial, com nfase nas funes de

    gerao fotovoltaicas no conectadas a rede eltrica e conectados a bancos de

    baterias, eliminando os custos e as dificuldades para construir as linhas de

    transmisso, responsveis por levar e as miniusinas responsveis em gerar energia

    eltrica para as famlias mais distantes onde o programa "Luz para Todos" ainda no

    chegou.

    Como os sistemas de gerao sero conectados a bancos de baterias,

    estes iram suprir a falta de energia eltrica no perodo noturno, possibilitando

    melhores condies de vida para todas as famlias atendidas, podendo ser aplicadas

    tambm em postos de sade, escolas e creches.

    Para alcanar estes objetivos, a monografia foi dividida em estudar por

    etapas a construo do inversor que resume se em elevao e controle de tenso

    VCC para VCA, e as formas de conexo dos painis de gerao fotovoltaicas e os

    bancos de baterias, responsveis por fornecer a tenso contnua que ser

    convertida em tenso alternada.

    O inversor fora projetado para potncias de 5KW em 127VCA em 60HZ,

    potncia que ir possibilitar ligar um resfriador de leite, bomba de gua, uma

    geladeira ou um freezer, por exemplo. Os testes realizados em laboratrio,

    conseguimos uma excelente estabilizao eltrica e segura do iversor monofsico

    para alimentao dos equipamentos eltricos residncias, todos os testes e ensaios

    esto apresentados detalhadamente ao longo do projeto.

    A primeira etapa da construo do inversor o controle de tenso de um

    circuito CC-CC, a tenso eltrica VCC fornecida pela placas de gerao

    fotovoltaica durante o dia e o banco de baterias durante o perodo noturno, fixa em

    120VCC. O inversor aumenta a tenso continua de entrada, para uma sada fixa em

    127VCA em 60HZ que ir alimentar os equipamentos eltricos. Para cada etapa

    desse processo de inverso de tenso e freqncia, foram usados controles MPPT e

    SPWM.

    11

  • 1. HISTORICO DO PROJETO

    Com o crescente incentivo por parte do governo Brasileiro, os

    investimentos recentes ao uso das energias renovveis e a distribuio de energia

    eltrica no Brasil, o foco deste trabalho d nfase energia fotovoltaica. Nos painis

    fotovoltaicos, a energia convertida diretamente em corrente continua CC, assim

    como ser a tenso fornecida pelos bancos de baterias.

    Para seu uso em aparelhos domsticos, como televises, geladeiras,

    fornos de microondas, computadores, chuveiros, dentre outros, necessrio que a

    mesma seja convertida em tenso e freqncia adequada, segundo o padro dos

    aparelhos no Brasil. O padro 127V 60HZ ou 220V 60HZ.

    A necessidade desta tecnologia deve crescer no Brasil, e visando o

    mercado residencial, ao invs do mercado industrial com o caso da maior parte

    dos inversores no mercado, que o seguinte trabalho a ser descrito se embasa.

    No caso de implantao de sistemas de energias alternativos para o setor

    industrial, podemos citar, tambm o elevado custo que o aparelho possui na

    implementao, os sistemas de gerao de energias alternativas so ainda de custo

    elevados e a aquisio do inversor um item que faz parte no peso deste custo.

    Somando-se a capacidade hidroeltrica, elica e fotovoltaica pode-se

    calcular um potencial de gerao de cerca de 600GW de energia eltrica no Brasil

    (VILLALVA), somente com fontes renovveis e limpas, pois, a energia hidroeltrica

    uma fonte renovvel.

    Como j citado, atualmente no Brasil existe o uso de gerao fotovoltaica

    estimulada pelo governo no programa Luz para todos, em locais onde no existem

    redes eltricas, a utilizao de sistemas isolados de gerao eltrica dever ter um

    salto, principalmente com a recente aprovao pela Agncia Nacional de Energia

    Eltrica (ANEEL) visando a microgerao e minigerao com sistemas de

    distribuio conectados a rede eltrica dentre outros.

    Inicialmente, os inversores de freqncia eram chamados cicloconversores,

    eram usados no controle de freqncia, principalmente nos acionamentos de

    maquinas.

    12

  • Um cicloconversor um variador de freqncia direto, que converte

    energia CA de uma freqncia, em energia de corrent alternada em outra

    freqncia, atravs de converso alternada - alternada, sem estagio de converso

    intermedirio. No entanto os cicloconversores contem em sua tenso de sada um

    contedo elevado de distores harmnicas.

    Motivo o qual est agora disposto no seguinte trabalho, apontando as

    necessidades futuras de se obter um sistema, com nveis cada vez menores de

    harmnicos na tenso de sada.

    Vale ressaltar que o inversor parte que pesa na hora da instalao de um

    sistema de gerao de energia no convencional. Tendo em vista a reduo deste

    custo, o presente trabalho apresenta um modelo de inversor para uso residencial, o

    qual leva em conta a carga media de uma residncia comum, presente motivao

    deste trabalho.

    O desenvolvimento de algumas partes do trabalho e produto sero

    inicialmente simulados no software Multisim, da National Instruments NI, o qual

    permite uma simulao terica de acordo com a abordagem matemtica para

    sistemas de potncia.

    O software da National Instruments uma ferramenta poderosssima, o

    qual permitir a montagem e simulao de varias partes do projeto.

    Com a facilidade de um banco de componentes vasto, aliado a

    instrumentos de medio e analise como medio de forma de onda de sada,

    amplitude da tenso de sada, harmnicos, valor de freqncia de sada, dentre

    outros.

    Os inversores so compostos por dispositivos de disparos, ou transistores

    lgica de controle, como o gerador de pulsos PWM comum, modulao por largura

    de pulso nico, modulao por largura de pulso mltiplo, modulao por largura de

    pulso senoidal, modulao por largura de pulso senoidal modificada, controle por

    deslocamento de fase, dentre outras. Para elevao de tenso nos inversores pode-

    se usar uma etapa elevadora Continua-Continua step up.

    13

  • Para inversores com aplicaes em energia fotovoltaica uma etapa

    associada fase CC-CC deve conter um circuito MPPT o qual usado para manter

    o Maximo ponto de transferncia de potencia da tenso de entrava para a carga.

    Todos este circuitos citados sero descritos detalhadamente ao longo do

    projeto.

    2. Planejamento de Mercado do Produto

    Pelos estudos realizados, podemos entender a escalada contempornea

    que os sistemas de gerao fotovoltaica chegam ao Brasil. A tecnologia fotovoltaica,

    uma das fontes energticas mais versteis que se tem conhecimento, podendo ser

    instalada em plantas solares de centenas de megawatts, fornecendo eletricidade

    cidades inteiras, ou em microssistemas residenciais, comerciais e industriais

    conectados rede de distribuio ou isolados, sendo uma fonte auxiliar nos horrios

    de maior demanda.

    O Brasil vem investindo em diversos projetos de usinas solares, algumas

    centrais de gerao esto sendo montadas para futura implementao no norte, no

    nordeste e no interior do Amazonas. Na regio de Campinas/SP encontra se no

    Bairro do tanquinho, uma central de gerao fotovoltaica financiada pela CPFL

    Energia.

    Tambm ocorrem vrios incentivos para investimentos em sistemas

    conhecidos como fontes alternativas de gerao de energia, as Micros e

    Minigerao para indstrias e sistemas de gerao de energia residencial, onde pela

    escassez dos recursos de gerao em nosso pais e pelos tipos de gerao que

    temos, faz o pas ficar dependente das condies climticas para garantir a potencia

    gerada, uma vez que os tipos de gerao de maior potencia que temos a

    hidrulica provenientes das usinas hidroeltricas e elicas, recm instaladas na

    regio norte do pais e esto em processo de start up. As termoeltricas e nucleares

    so caras para serem ativadas alm dos riscos que envolvem as usinas nucleares, a

    ativao dessas usinas ocorrem quando h risco de apages.

    Desse modo, nosso pblico alvo a aplicao e a utilizao em lugares

    remotos, onde invivel a construo de um sistema de linhas de transmisso e de

    distribuio eltrica ou o transporte de geradores de energia, tambm temos o foco

    nas Micros usinas de gerao fotovoltaica isoladas, conhecidas como 14

  • microssistemas residenciais no conectadas a rede eltrica utilizando um banco de

    baterias auxiliar para consumo noturno.

    2.1. Identificao das necessidades dos consumidores

    Quando se fala em energia eltrica, basicamente trata se de um tema que

    se mostra como uma dependncia direta de tudo e de todos, principalmente neste

    momento, em que o atual estilo de vida, de certa forma imposta pelos moldes

    sociais, econmicos e culturais, se resume no uso de tecnologias, modernizao,

    automao.

    As tratativas com negociaes e aceitao do mercado, quando se fala em

    energia, so praticamente pr aceitas por todo e qualquer mercado que tenha

    condies, seja financeira e de estrutura. Produtos tecnolgicos surgem em uma

    escala cada vez maior acompanhadas de novas modernizaes, porm uma coisa

    fato, para que tudo isto funcione, necessrio o uso de energia.

    A energia, considerando se o todo e o contexto do que energia, ou seja,

    energia eltrica, energia do petrleo, gs natural, carvo, biomassa, dentre outras,

    varia em curvas aproximadas oscilao do PIB (produto interno bruto). Fala se em

    todos os tipos de energia, porque muitas vezes um produto, como o caso dos

    automveis, pode ser movido por mais de um tipo de energia. Claro que se a energia

    obtida por meio do uso da gasolina, por exemplo, um derivado do petrleo, pode ser

    utilizada em um automvel, da mesma forma que a energia eltrica tambm pode

    ser utilizada, h e deve sempre existir uma base de comparao para com o uso

    destas.

    Este aspecto foi estudado e apresentado pela ANEEL (agncia nacional de

    energia eltrica). Logo abaixo, no grfico figura 2.0, evidente que o brasileiro

    aumenta e diminui seus gastos, de acordo com a sua viabilidade econmica. Talvez

    para muitos seja algo lgico, contudo interessante observar que os aspectos

    econmicos do pas como um todo, afeta puramente o estilo de vida e o dia a dia da

    populao.

    15

  • Figura 2.1.1 - Variao do PIB e variao do consumo de energia (1998 - 2007),

    Fonte: IPEA, BP 2008.

    Da mesma maneira que este estudo sobre a variao do produto interno

    bruto do pas interfere no modo como a populao faz uso da energia, o nvel de

    desenvolvimento do pas tambm um fator altamente determinante sobre o tema.

    O Brasil um pas que apresenta um consumo generoso de energia, como

    pode ser visto no grfico acima, no entanto o Brasil est muito longe de se aproximar

    ao consumo dos pases que so conhecidos como pases desenvolvidos, ou ainda,

    pases de primeiro mundo.

    Um exemplo devastador que aqui pode ser tomado como base

    comparativa, o dos Estados Unidos, sendo hoje um dos pases mais ricos do

    mundo. Em 2007, por exemplo, os Estados Unidos sozinhos foram responsveis

    pelo consumo de pouco mais de 20% de toda a energia consumida em todo o

    mundo, de acordo com os estudos realizados pela British Petroleum Global. O

    grosso restante divide-se entre sia e Europa, ambas com consumo mundial

    representando algo em torno de 30%.

    Claro que nos Estados Unidos existe um consumo excessivamente alto de

    energia, mas no se pode deixar de levar em considerao que estas energias so

    dispostas em vrias fontes e alternativas diversificadas. O maior motivo de isto hoje

    ser fato, foram os vrios programas instalados para conscientizao e preservao

    do meio ambiente. Temas de grande impacto foram considerados, como por

    exemplo, contextos sobre efeito estufa e afins.

    H casos onde mesmo que no haja um produto interno bruto de grande

    significancia, ou seja, um pas desenvolvido, o consumo energtico

    16

  • consideravelmente elevado. Exemplos que podem ser citados so os casos dos

    pases que possuem um grande nvel produtivo, com os setores industriais muito

    representativos. Um exemplo claro deste ocorrido a China, pas que no apresenta

    um PIB relevantemente bom, no entanto consome muita energia, principalmente na

    indstria.

    Outro aspecto que fator de influncia nos resultados da pesquisa a alta

    densidade demogrfica. Os pilares do funcionamento de todo o sistema para suprir

    as necessidades da sociedade precisam estar muito rgidos, para que o todo

    funcione de acordo. Ainda, para um pas com o setor da indstria altamente ativo,

    esta base precisa estar muito bem construda.

    Quando se fala em pilares, considerada toda a estrutura energtica do

    pas. Obviamente que existem diversos meios de se obter energia, porm alguns

    so insubstituveis, como o caso da energia eltrica.

    Para que um pas veja progresso at mesmo em seu desenvolvimento

    econmico, uma boa estrutura de redes eltrica necessria. No h meios de se

    instalar grandes empresas em locais onde a energia tem alto nvel de oscilao, no

    confivel, e os processos produtivos so constantemente afetados.

    Sendo assim, pensando se justamente em fortalecer estes pilares que

    este projeto mostra seu foco, fortalecendo uma alternativa confivel e renovvel com

    um equipamento essencial para seu funcionamento e de baixo custo.

    2.2. Gerao e definio do conceito

    Como fora apontado, o crescimento de um pas totalmente vinculado ao

    seu nvel de consumo energtico, e estas bases de sustentao precisam sempre

    ser renovadas e atualizadas, para que a demanda seja suprida.

    Pensando em Brasil, existem programas e projetos de expanso da

    capacidade de gerao de energia eltrica, pois como mundialmente conhecido, o

    Brasil tem alto potencial para expanso e crescimento ao longo dos prximos anos.

    Para isso, toda a estrutura precisa andar junta.

    17

  • Hoje o pas suprido basicamente por usinas hidroeltricas, que

    representam a maior percentagem na base de cadeias de gerao de eletricidade.

    Esto sendo buscadas alternativas s hidroeltricas, chamadas de fontes

    de gerao alternativas de energia eltrica, como por exemplo, a instalao de

    geradores de eletricidade por meio da fora dos ventos, geradores elicos, ou ainda,

    por meio da fora das ondas e movimentao das guas nos mares, como fora

    apresentado no RIO+20 na conferncia das Naes Unidas sobre Desenvolvimento

    Sustentvel, as Micro e Minigerao de energia em sincronismo com a rede da

    distribuidora de energia local, que tem o principal objetivo de trabalhar com

    compensao de Energia Eltrica, aplicadas com normas para indstrias ou

    residncias, ou seja, cada unidade geradora ir trabalhar com acmulos de crditos

    por KWs gerados e disponibilizados na rede da concessionria. As industrias que

    trabalham com coogerao feita a partir da queima do bagao da cana e os sistemas

    de gerao fotovoltaicas, dessa forma, com varias residncias ou indstrias gerando

    eletricidade, a potencia instalada e gerada na malha Energtica nacional ser

    aumentada, possibilitando vrios pontos positivos de crescimento do pais e melhor

    qualidade de vida para seus cidados.

    Nos Estados unidos, por exemplo, dezenas de vezes maiores a

    quantidade de usinas nucleares que se espalham pelo pas. Hoje no Brasil esta

    realidade est muito longe de acontecer, devido os impactos que podem causar ao

    pas caso ocorra algum problema com este tipo de sistema de gerao.

    De uma forma direta, o conceito chave deste projeto trabalha sobre um dos

    meios de obteno de energia alternativa s opes que hoje so comumente

    encontradas. Este conceito hoje considerado como uma vlida alternativa para

    gerao de energia no Brasil, e h grupos de pesquisa e estudo que buscam o

    aprimoramento e viabilidade da tecnologia.

    No Brasil, tm se o Plano de Ao Conjunta Inova Energia, esta sendo uma

    iniciativa destinada totalmente coordenao das atividades e aes, que juntas

    visam a inovao e o aprimoramento dos instrumentos de apoio, disponibilizados

    pela ANEEL, BNDES e ainda pela financiadora de estudos e projetos, a FINEP.

    Conforme divulgado pela ANEEL, alguns dos pontos chaves considerados no plano

    foram o apoio ao desenvolvimento e difuso de diversificados dispositivos

    18

  • microeletrnicos e eletrnicos, sistemas, solues, busca por padronizao quanto

    implementao das redes eltricas inteligentes no pas, busca pelo apoio de

    empresas no domnio tecnolgico e desenvolvimento de cadeias de produo para

    com energias renovveis, como por meio de clulas fotovoltaicas, termosolares e

    elicas.

    O conceito deste trabalho possibilitar que a energia eltrica possa ser

    gerada em especial utilizando a tecnologia fotovoltaica, no entanto, sabido que ao

    se instalar uma placa solar, por exemplo, no sair 127VCA, mas sim uma corrente

    contnua sendo necessria a utilizao do INVERSOR MONOFASICO de baixo

    custo para sistemas isolados. Independente de qual seja a configurao da energia

    eltrica gerada por todo e qualquer meio, fundamental que esta apresente a

    possibilidade de ser manuseada, para que atinja certas especificaes.

    Considerando as caractersticas padronizadas no Brasil, toda energia gerada precisa

    trabalhar em 60Hz, com 220V fase fase, por exemplo.

    Sobre a idia de que um inversor possa ser barato e de simples instalao,

    que este projeto se movimenta. Por meio de um circuito relativamente simples,

    agregado a meios de controle, que sejam capazes de converter certa energia

    eltrica gerada independentemente de como seja o comportamento da corrente de

    entrada ao inversor, que sempre saia a energia padronizada necessria para

    alimentao eltrica dos equipamentos eltricos eletrnicos no formato configurado

    do inversor dentro dos padres de distribuio de energia eltrica nacional.

    Pensando principalmente no aspecto de que as clulas fotovoltaicas tero

    tido seus custos de produo reduzidos ao passar dos tempos, principalmente com a

    fora produtiva da China influenciado o mercado econmico mundial, que o projeto

    de construo de um INVERSOR MONOFASICO de baixo custo se mostra

    interessante.

    2.3. Estudo de Mercado

    O mercado para sistemas conectados rede eltrica ou isolados utilizando

    como fonte geradora a Energia solar fotovoltaica, mostra que estes sistemas de

    gerao distribuda ou isolada de energia eltrica em baixa tenso vo disseminar

    se no Brasil com a recente aprovao da Resoluo Normativa n482 da Agncia

    19

  • Nacional de Energia Eltrica (Aneel), que estabelece as diretrizes para a

    implantao da micro e da minigerao de eletricidade no pas.

    A gerao distribuda caracterizada pelo uso de pequenos geradores

    descentralizados, como mostra abaixo, permitindo a produo de eletricidade

    prximo aos pontos de consumo. Alm de ampliar a oferta de eletricidade no pas, o

    estabelecimento da micro e da minigerao distribudas traz inmeros benefcios,

    como a pulverizao de investimentos emgerao de energia e a movimentao de

    economias locais. Alm disso, ao gerar a eletricidade no mesmo local em que ela vai

    ser consumida, aumenta se a eficincia energtica e reduzem se as perdas com

    transmisso e distribuio.

    Figura 2.3.1. Gerao distribuda de Energia Eltrica. Fonte: Energia Solar

    Fotovoltaica. Conceitos e Aplicaes. So Paulo. rica, 2012.

    Os sistemas fotovoltaicos conectados rede eltrica de baixa tenso so

    geradores distribudos que tm mdulos solares fotovoltaicos como fonte primria de

    energia. A resoluo n 482 da Aneel permite que pessoas fsicas e jurdicas tenham

    gerao prpria com sistemas fotovoltaicos conectados rede eltrica at a potncia

    instalada de 1 MW.

    As orientaes gerais para a insero de sistemas fotovoltaicos conectados

    rede foram estabelecidas pela resoluo n 482, entretanto, as exigncias e as

    caractersticas das conexes desses sistemas com a rede eltrica sero

    estabelecidas pelas empresas concessionrias a partir de normas tcnicas nacionais

    e internacionais. 20

  • O prazo para as concessionrias fornecerem orientaes tcnicas e

    adaptarem seus sistemas comerciais para a aceitao de sistemas fotovoltaicos

    conectados rede encerrou em dezembro de 2012.

    Como o foco do nosso INVERSOR MONOFASICO de baixo custo

    atender as necessidades dos Sistemas isolados tambm conhecidos como

    autnomos, isto , independentes da rede eltrica convencional, estes sistemas

    utilizam alguma forma de armazenamento de energia. Este armazenamento obtido

    atravs de baterias, as quais so associadas a um dispositivo de controle de carga e

    de descarga.

    A figura a baixo apresenta a configurao bsica de um sistema

    fotovoltaico isolado.

    Figura 2.3.2.- Representao de um sistema alimentado por inversor e pains

    fotovoltaicos. Fonte: Autores.

    Os incentivos do governo podem confluir para baratear a tecnologia e

    assegurar a acessibilidade das pessoas da baixa renda ou que ainda no possuem

    21

  • energia eltrica devido inexistncia das linhas de transmisso e de distribuio em

    lugares de difcil acesso como as zonas rurais.

    A autora do estudo Pesquisas e o Incentivo do Governo podem confluir

    para batear a tecnologia, Maiana Matos, mostra as diversas medidas tomadas pelo

    governo federal de forma levar energia eltrica para toda a populao brasileira.

    Comeando pelo Programa de Desenvolvimento Energtico dos Estados e

    Municpios (Prodeem), este criado em 1994 com o intuito de permitir acesso

    eletricidade pelas comunidades que hoje se apresentam isoladas, contemplando

    bombeamento de gua e iluminao pblica.

    A maioria dos sistemas do Prodeem foi instalada em escolas nas reas

    rurais, e a grande maioria desses sistemas era fotovoltaico, apesar da concepo

    original de diferentes tipos de fontes renovveis.

    O Programa Nacional de Eletrificao Rural (Pner), tambm conhecido

    como Luz no Campo, surgiu durante o mandato do presidente Fernando Henrique

    Cardoso com objetivo similar ao do Prodeem. Em novembro de 2003, o governo

    lanou o programa Luz para Todos (LPT), ao qual foi incorporado o Luz no Campo,

    com a meta de fornecer acesso energia eltrica para mais de 10 milhes de

    pessoas no meio rural at 2008.

    O Luz para Todos foi estendido at o ano de 2014 por meio de decreto, ao

    ponto que se percebeu a magnitude do universo de excludos, sendo maior do que

    se pensava. O programa j atendeu cerca de 3,3 milhes de famlias

    (aproximadamente 15 milhes de pessoas) e pretende contemplar mais 715 mil

    famlias de 2011 a 2014. No Cear, o Luz para Todos beneficiou 172 mil famlias

    (862 mil pessoas) no perodo de 2004 a 2012.

    Em 2004 a Aneel publicou uma resoluo, regulamentando os

    procedimentos e as condies de fornecimento atravs dos sistemas Individuais de

    Gerao de Energia com Fontes Alternativas (SIGFIs), sistemas quais estes podem

    ser utilizados como alternativa para universalizao dos servios de eletricidade. Em

    2012, outra resoluo normativa da Aneel estabeleceu os procedimentos e as

    condies de fornecimento por meio de Microssistema Isolado de Gerao e

    Distribuio de Energia Eltrica (MIGDI).

    22

  • Para sumarizar, de uma forma simples, clara e objetiva, vide a seguir uma

    tabela figura 2.1 que descrimina os principais aspectos e objetivos do projeto,

    levando em conta as caractersticas do produto, tempo para absoro do mercado,

    meios de aceitao da tecnologia, pblico alvo, funcionamento e demais

    detalhamentos.

    Objetivos de

    Comercializao Outputs (Relatrios) Afeta

    O qu Inversores Monofsicos de eletricidade Tecnologia e processo

    Quanto Atribuir o uso dos conversores grande

    maioria das residncias.

    Tecnologia e

    capacidade

    Onde

    Principalmente em locais de difcil

    acesso, afastados dos grandes centros

    e metrpoles, onde difcil a chegada

    de energia eltrica.

    Localizao e

    capacidade

    A quem Busca de um pblico consumidor entre

    as classe mdia, baixa e alta Distribuio

    De que forma

    Em referncia estratgia de

    comercializao, ou melhor, dizendo, o

    "marketing" do produto, se deve focar

    na difuso da tecnologia, buscando o

    maior nmero de adeptos tecnologia.

    O produto necessariamente deve

    atender um certo nvel de qualidade.

    O preo deve ser justo, de forma que

    aqueles que se interessem pelo

    produto possam o adquirir sem receios

    de mau investimento.

    A distribuio do produto deve

    focar inicialmente nas grandes cidades,

    porm, a viso a longo prazo considera

    que a tecnologia esteja completamente

    difundida em todo o pas.

    Influi em:

    Tecnologia

    investimentos,

    receitas, custos

    custos

    localizao

    tecnologia/processos

    investimentos em

    processo/gerncia.

    Tabela 2.3.3 Estudo de mercado, caractersticas do produto e projeto.

    23

  • 2.3.1 Instrumentos para o estudo de Mercado

    Visto que se trata de um produto que volta se a um mercado recente e em

    ascenso, no possvel utilizar ferramentas diretas e dedicadas para o estudo de

    mercado, no entanto, h meios de se projetar a aceitao do mesmo em meio s

    condies mais significativas, como por exemplo, custo estimado.

    Uma anlise permite a identificao dos principais aspectos do processo

    produtivo, identificando relaes de produo, logstica, processos fiscais, dentre

    outros. Este tipo de anlise baseia se na leitura tcnica e na leitura econmica,

    verificando as possibilidades de transaes nos diversos estgios dos mercados

    principais e auxiliares at o consumo, alm das diversas formas de cooperao.

    Outro bom instrumento a ser utilizado aps a incluso do produto ao

    mercado a anlise de competitividade, que atravs de taxas, indicadores e

    anlises de sries temporais, d uma boa visualizao de como o produto est para

    o mercado. Alm destes, podem ser citadas as pesquisas de mercado, pesquisas de

    satisfao, QFDs, anlises de valor, Brainstorms, dentre outros.

    2.3.2 Fatores evolutivos de Mercado

    Podem ser elencados diversos aspectos que influenciam direto e

    indiretamente sobre os resultados de como o mercado vai aceitar e absorver o

    produto. Sendo assim, podem ser divididos estes entre seis grupos, sendo estes: Os

    fatores de curto e mdio prazo, fatores de longo prazo, grau de concorrncia no

    mercado, elasticidade da procura, estudos sobre os mercados condicionais e os

    efeitos do meio.

    Dentro do grupo de fatores de curto e mdio prazo, h trs subdivises,

    sendo estas a conjuntura econmica e social, ou seja, basicamente se resume no

    quadro econmico, qualidade de vida, taxa de desenvolvimento, variaes sazonais,

    dando destaques no apenas possveis mudanas climticas, mas tambm ups

    and downs da economia nacional. Por exemplo, muito comum que as vendas nos

    24

  • incios de ano se reduzam, devido ao pagamento de impostos, acertos de contas do

    ano retroativo, dentre outros, alm das chamadas modas.

    Claro que falar de moda, deva vir cabea vestimentas, no entanto, o

    aspecto da moda pode ser tomado para todo e qualquer campo. Um exemplo disso

    so os carros, que por vezes um modelo ou uma cor se torna predominantes em

    vendas, talvez sobre alguma estratgia do mercado, ou influncias da mdia.

    Contudo, estas modas so passageiras, e esto em constante mudana.

    Em relao ao inversor, acredita se que de todos estes aspectos, o que

    mais influencie sobre o quadro de vendas so as alteraes do quadro econmico e

    social do pas.

    Quando a populao de certa forma tem seu capital desvalorizado, com

    maior taxa de desemprego, o nmero de indivduos aptos para proceder com a

    aquisio do mesmo se retrai.

    Abordando o segundo tpico, este conhecido como os fatores em longo

    prazo, fato que tambm este tem suas subdivises, ou melhor, dizendo, seus sub

    tpicos. Dentro de fatores em longo prazo, encontram se o tempo e os efeitos da

    oferta. Ainda, podem ser considerados os efeitos da substituio do produto no

    mercado, e consecutivamente a inovao, esta sendo geradora de novos mercados.

    O produto pode s vezes ter seu boom no mercado, devido ser por vezes

    um produto inovador, diferente, no entanto nem sempre permanece em condies

    muito aceitveis para com o mercado. Em relao ao projeto, sendo bem direto ao

    abordar o tema, o conversor inicialmente projetado, produzido e vendido. O

    mercado ento aceita bem o produto, bem vendido por uma boa parcela de tempo,

    porm o consumidor espera inovao, uma melhoria no produto. Este um

    comportamento comum, e caso no ocorram inovaes, de se esperar que com o

    passar do tempo, este seja substitudo no mercado. Sempre h pessoas

    determinadas a entrar na disputa do mercado, e se no surgirem atitudes

    inovadoras, de se esperar que o sucesso seja momentneo, podendo se estender

    curto, mdio ou longo prazo.

    Outro ponto de destaque o grau de concorrncia, este que se resume no

    modo como o mercado se mantm e evolui. comum que quando h disputa no

    mercado, concorrncia, seja gerado um sentimento de necessidade de busca de

    melhorias. Estas melhorias podem ser dispostas de diversas formas, estendendo-se

    25

  • sobre o tipo de produto, tecnologia, preo de aquisio, e chega at mesmo sob a

    forma como feita a logstica do mesmo.

    Sobre a elasticidade de procura do produto no mercado, este aspecto

    diretamente relacionado com o preo do produto. Seguindo as leis de oferta e

    procura, o preo estabelecido. O que ocorre que por vezes este preo no

    muito convidativo, e acaba que por reduzir a compra do mesmo.

    necessrio se estabelecer qual o tipo de consumidor deve ser atingido,

    se este de classe mdia ou alta, de qual localizao geogrfica, cultura, religio

    predominante. Parece que no seja to verdade, mas cada pequeno aspecto deve

    ser levado em conta, pois s vezes uma caracterstica que poderia ter sido ignorada

    um fator chave de aceitao do produto.

    Falando se sobre o ltimo aspecto de importncia sobre os fatores de

    mercado, h os efeitos do meio envolvente. neste contexto que so encontrados

    os aspectos tecnolgicos, efeitos institucionais, estendendo-se s instituies que

    afetam diretamente no andamento do todo, como por exemplo, o governo, as

    condies demogrfica, econmica e social, alm dos aspectos culturais.

    2.4. Vantagens Competitivas

    A principal vantagem competitiva que possibilitar um ganho no volume de

    vendas no mercado frente aos inversores j existentes os concorrentes, que o

    inversor proposto nessa monografia Nacional e de baixo custo, visto que os

    inversores j existentes so importados. Considerando se as ltimas dcadas,

    visvel a ocorrncia de diversas mudanas que afetaram diretamente como

    funcionam os meios e mtodos de produo.

    Alguns pontos que so caractersticos desta grande mudana so como

    por exemplo, a insacivel busca pela qualidade e melhora do contexto do produto

    como um todo, a reduo constante de custos de fabricao e distribuio, a

    excessiva preocupao de atingir quanto maior a parcela do mercado possvel for, a

    necessidade de que se haja uma participao administrativa mais intensa, e tambm

    como no poderia ser esquecida, a globalizao.

    26

  • Como diz a teoria Darwinista, certo que a concorrncia vem para

    ocasionar um de dois possveis efeitos, a evoluo e o progresso, ou a extino.

    Neste caso, a extino ou evoluo se diz utilizao dos inversores.

    dito que ser competitivo, nada mais que existir intrinsecamente a

    capacidade de superao para com a concorrncia do mercado, buscando sempre

    meios alternativos ou solues de contornar situaes.

    Diz se vantagem competitiva a diversificao do produto quando

    comparado a outro que parta do mesmo propsito. Dentre as ditas vantagens

    competitivas, podem ser descritas diversas modalidades que so fortes

    influenciadoras na deciso de qual produto deva ser adquirido.

    necessrio que seja feita ao menos uma anlise sobre os consumidores,

    apontando os respectivos fatores competitivos qualificadores, os ganhadores de

    pedido, e os fatores menos importantes de cada consumidor, fazendo assim que

    seja possvel a deteco pelos empresrios do porqu de que os produtos tenham

    uma boa sada, e exista um aceitvel grau de satisfao por parte da clientela.

    Dentro de vantagens competitivas, encontram-se dois subtpicos que

    podem ento descrever em sua totalidade, quais os aspectos, efeitos e causas.

    Estes so os fatores qualificadores e os fatores ganhadores de pedido.

    2.4.1 Fatores Ganhadores de Pedido

    De uma forma simples e rpida, a definio dos Fatores Ganhadores de

    Pedido baseia se na contribuio, seja direta ou indireta, para com a realizao de

    certo negcio. Estes fatores so nada mais nada menos que os critrios avaliativos

    utilizados pelos compradores na hora de adquirir um produto ou servio, os

    principais pontos que possibilitaro nosso produto ser ganhador de pedidos, ou seja,

    destaque em vendas, o fator baixo custo, qualidade, confiabilidade em operao,

    segurana e por ser um produto nacional.

    27

  • Desta forma, podem ainda ser definidos como os aspectos de maior

    relevncia no momento em que a empresa definir sua posio competitiva no

    mercado. Existem empresas que se voltam qualidade e resistncia de seus

    produtos, outras focam se mais nos quesitos de conforto, ou qualidade, ou valores.

    H diversos pontos que devem ser levados em conta no momento da definio do

    lema da empresa.

    Para o produto em questo, h alguns pontos e observaes que devem

    ser levadas em considerao, ao ponto que so definidas as caractersticas

    principais da empresa. Os conversores tratam se de produtos que visam o fcil

    acesso queles que desejem o adquirir. Alm deste ponto muitssimo importante,

    que o custo, a qualidade do produto deve atender todas as requisies.

    Conhecendo todo o contexto e idia do produto, evidente que h pontos

    que no devem ser substitudos, muito menos deixados de lado no momento de

    definio de produo do item em massa.

    De antemo, se pode dizer que o produto deve apresentar certa robustez,

    com componentes que sejam de acordo com o que se espera do equipamento, alm

    de no ter custos acima do esperado.

    Todo o contexto, ainda, definido sem diversas variveis que afetam

    diretamente nos resultados de todo o funcionamento da pesquisa sobre o produto.

    Um grande influenciador de novas pesquisas e estudos para aprimoramento do

    conversor nada mais nada menos que a competitividade. certo que ao ponto que

    os sistemas e produtos so implantados nas casas, indstrias, novos fornecedores

    destes inversores monofsicos devero aparecer. Estes aspectos fazem com que a

    empresa jamais se acomode com o produto e resultados.

    Alm dos fatores ganhadores de pedido voltados ao produto, existem

    vrias variveis sob o todo. Tticas e estratgias de funcionamento de logstica, do

    suporte aftermarket, modo com que o marketing atua, e sob quais classes sociais e

    econmicas h foco mais intenso. Claramente, todo ponto ou aspecto sobre um

    28

  • produto e toda sua cadeia de produo de certa forma chave para o sucesso ou

    para o declnio.

    Devido popularizao do produto e a busca pelo maior nmero de

    consumidores, independentemente quais suas caractersticas. Todas as

    divulgaes e propagandas devem ser claras, sem rodeios, diretas. Por ser algo de

    uso comum, no devero existir diversas verses com diferentes preos. O

    funcionamento deve ser um s, e ficar escolha do consumidor qual o conversor

    deve ser obtido. O intuito do produto priorizar o maior acesso possvel, pois um

    dos temas que ter maior fora em suas tratativas a difuso da tecnologia.

    2.4.2 Fatores Qualificadores

    Os Inversores monofsicos devero atender alguns requisitos de

    qualidade, at mesmo pela garantia de suas operabilidades. Como previamente

    apontado, uma das necessidades do produto que toda a parametrizao eletrnica

    esteja de acordo com o que mandatrio.

    Sobre os aspectos ditos como mandatrios sobre funcionalidade, devem

    existir diferenciais sobre o produto, que venham ser causas de escolha no

    momento de compra.

    Estas, ditas como caractersticas qualitativas, so nada mais nada menos

    que os principais pontos do produto, sejam estes positivos ou negativos. Como

    fatores de qualificao positiva, podem ser citadas algumas palavras chave, quais

    estas trazem todo um contexto por trs, como:

    Desempenho: Quais as quantidades de potencia dissipada e energia

    consumida, quais as caractersticas tcnicas do produto que viro a fazer diferena

    no oramento do produto.

    Confiabilidade: Caractersticas fundamentais do produto, referentes

    durabilidade e confiana sobre o funcionamento e vida til.

    Aparncia: Por mais que no seja fundamentalmente algo que faa

    diferena ao todo, um aparelho mais bem desenhado, mais compacto, mais

    29

  • aparentemente moderno, mais bem aceito. Alm do produto em si, vale destacar

    que existem outros pontos de mimo, sendo embalagem, logstica do produto, dentre

    outros.

    Novidade: Por mais que seja um produto de certa forma inovador, que

    tenha iniciado no mercado inicialmente, o consumidor exige inovao, renovaes,

    atualizaes, melhorias.

    Qualidade do servio de ps venda: Um dos fatores que definem a

    escolha da aquisio de um produto a qualidade do servio prestado aps compra,

    seja para sanar uma simples dvida referente o produto, ou acionar a garantia.

    Preo: Talvez o mais importante, preos condizentes com o produto, a

    tecnologia e a populao que far uso, so extremamente importantes. Por mais que

    o conversor seja altamente funcional, confivel, com um belo design, de nada

    adianta se o preo no for acessvel queles que desejam compr-los.

    2.5. Previso de Demanda

    As previses de demanda do produto sero atendidas na medida em que a

    tecnologia for se popularizando, sendo difundida em uma escala social para novas

    residncias e para as residncias que queiram ter um sistema de gerao de energia

    como back up por exemplo. Ests previses so fundamentais para que possam ser

    dimensionadas as escalas da empresa, alm de definir seus recursos. Sendo assim,

    tem se a previso de demanda como ponto estratgico.

    Estas previses de demanda so necessrias no somente para definir a

    estrutura da empresa em si, mas como tambm, serve de base para exerccios de

    categoria diria, como compras, vendas, logstica, fluxo de caixa, dentre outros

    aspectos.

    Embora tendo conhecimento da necessidade de difundir a tecnologia e o

    produto ao longo de todo o pas, certo que h diversas variveis que podem tornar

    esse processo muito demorado, ou por vezes, at bloque-lo de que ocorra.

    30

  • Exemplos muito comuns destas variveis so as oscilaes do cmbio,

    aspecto que impacta nossa economia como um todo, inflaes, PIB, taxa de

    desemprego, dentre vrias outras mais.

    Na absoro do produto pelo mercado, ser considerada a aceitao da

    tecnologia, preo, aspecto socioeconmico do pas. Inicialmente acredita se

    considerar ao menos 30% das residncias do estado de So Paulo, isto

    considerando aspectos positivos quanto aceitao da tecnologia. Ao longo dos

    possveis 2 anos difundindo o produto, esperado que haja um crescimento de no

    mnimo 200%, ao ponto que o mercado tenha se expandido nvel nacional.

    2.6. Introduo do produto no mercado

    tomada como verdade a grande dificuldade que se encontra ao ponto

    que um produto inserido no mercado. Existem fatores muito comuns e tambm de

    certa forma conhecidos, que por vezes impede que um produto ou servio possa ser

    amplamente difundido em meio ao mercado de atuao.

    Existem dois pontos chave de forte influncia na deciso do sucesso ou

    declnio dos conversores, sendo estes a difuso da tecnologia empregada, fator de

    dependncia do produto, alm da confiana do consumidor para com a marca e o

    produto em si, objetos novos aos olhos do mercado.

    Sendo assim, no existem diferentes meios de se agir, se no fazer amplo

    uso das estratgias de marketing, e de certa forma perder capital, para que o

    produto possa ser adquirido a preos muito convidativos.

    Deve se deixar claro que este ponto a ser considerado, leva em conta a

    necessidade de produzir os conversores a preos iguais ou inferiores referente

    capital de retorno.

    2.6.1 Estratgias de comercializao

    No existem frmulas mgicas para que o conversor seja difundido dentre

    o mercado e aceito pelo mercado. Tudo o que se deve ser realizado planejamento,

    estratgias e a busca de meios inteligentes de fazer com o haja rentabilidade

    mdio e longo prazo.

    31

  • Lucro curto prazo torna-se algo utpico, no podendo de forma alguma

    ser considero nos planos de negcios da empresa. Todo o planejamento deve

    considerar a forte resistncia para com a aceitao do conversor.

    Tecnologia nova marca nova, produto novo. Pelo fato de que basicamente

    tudo novidade, alguns dos pontos a serem considerados so a pacincia e

    confiana de que as estratgias surgiro efeito.

    Como fora previamente comentado, interessante que a empresa no vise

    lucro no incio de suas atividades, pois o mais importante fortalecer suas bases

    para que no haja riscos de falncia imediata ou em curto prazo.

    A estratgia para difundir o produto basicamente se resume em obter

    confiana do mercado, com produtos de qualidade, e com preos altamente

    convidativos, visando baixo lucro por unidade, no entanto, grandes demandas.

    3. Projeto do Produto

    O produto em si teoricamente na forma mais simplificada possvel, visto

    que um dos maiores objetivos serem alcaados o baixo custo.

    Todo o circuito foi desenvolvido por meio do Multisim, sendo que

    posteriormente todos os estudos e projeto foram passados para a parte fsica.

    Obviamente que existe background para toda idia e surgimento de

    novos produtos, qual este geralmente est associado a uma necessidade poltica,

    social, econmico, tecnolgica. Esta necessidade desperta a busca pelo novo, pela

    readaptao, pelo melhoramento do que existe.

    Sob estes parmetros, pode se dizer que o inversor parte das

    necessidades de adaptao de novas tecnologias, alm de se adequar com o

    quadro econmico do pas.

    Todos os componentes do inversor so de baixo valor, sendo que foi

    estudado a melhor maneira se construir o dispositivo, de modo que ele tambm

    seja resistente. De nada adianta produzir um dispositivo de baixo custo, se a

    garantia de vida curta.

    3.1. Desenvolvimento do Produto

    Baseado sob os resultados obtidos por meio do estudo de mercado, alm

    de se analisar todo o planejamento estruturado para com o crescimento energtico

    32

  • do pas, e ainda de acordo com a proposta geral do projeto, qual esta se volta

    criao de um produto que tenha como forte caracterstica ser uma soluo de baixo

    custo, realizando com excelncia os processos de elevao e estabilizao de

    tenso com inverso de frequncia, apresentado o inversor em questo.

    Este inversor voltado para aplicaes residncias que sejam munidas de

    sistemas de gerao de energias alternativas. Estas ento seriam utilizadas como

    fontes de energias complementares, no entanto o presente trabalho aqui exposto

    foca no projeto de um inversor de frequencia, uma vez que um sistema de gerao

    fotovoltaica composto por mais componentes como banco de baterias, painis

    solares, inversor de freqncia, dentre outros.

    Ser apresentado um inversor monofsico que tem o propsito de elevar a

    tenso de 120 Volts em corrente contnua, fornecida por um painel de gerao

    eltrica fotovoltaico o qual possui configurao serie de quatro mdulos de 30V

    cada, sendo esta convertida para uma tenso de127V CA, com frequncia de 60 Hz

    e potencia mdia de carga projetada para 5 KW quando aplicado ao uso residencial.

    Na figura 3.1.1, segue um exemplo de ligao em serie em painis fotovoltaicos.

    Figura 3.1.1. Esquema de ligao de mdulos em serie. Fonte: Livro energia Solar

    Fotovoltaica. (Villalva M. G e Gazoli JR., 2008)

    Um bom exemplo de painis solares com esta tenso de sada so os

    mdulos solares da Bosch. Abaixo segue a folha de dados de um destes painis, na

    figura 3.1.2.

    33

  • Figura 3.1.2. Modulo solar Bosch. Fonte: Datasheet Bosch Solar Module c Si M 60

    NA42117

    34

  • A fim de ilustrar o processo de utilizao do presente inversor, os autores

    sugerem a montagem da esquemtica de funcionamento de todo o sistema na figura

    3.1.3 abaixo, a qual utiliza do inversor em desenvolvimento associada a banco de

    capacitores na configurao autnoma onde na falta de energia solar entra o banco

    de baterias, onde c representa uma bobina de um rele o qual tem a funo de

    comutar o banco de baterias com o painel fotovoltaico.

    Figura 3.1.3. Esquema eletrnico do Inversor em questo.

    A seguir figura 3.1.4, observe o esquema em questo, onde esto

    associados todos os componentes e etapas do processo de converso de energia

    eltrica provindas de painis fotovoltaicos, com caractersticas de corrente contnua.

    Figura 3.1.4. Esquema de converso de energia isolado. Fonte: Livro energia Solar

    Fotovoltaica. Villalva M. G Gazoli J. R . 35

  • Todo o desenvolvimento e montagem do esquema eletrnico do inversor

    foi simulado em computador, por meio da utilizao do software NI

    MultisimAnalogDevices (Verso 12.0, Fabricante NationalInstruments), para que

    ento fosse possvel a realizao e definio de toda a estratgia de montagem,

    alm dos passos de efetivao da eficincia de converso de tenso e a respectiva

    estabilizao da converso atravs do inversor monofsico.

    Ainda, a simulao em computador pode permitir o direcionamento para

    com todo o particionamento do circuito, facilitando assim a inicializao da etapa de

    montagem dos circuitos.

    Aps concluso dos processos de simulaes e dimensionamentos de

    cada componente empregado no inversor, fora dado incio nos passos de montagem

    fsica do dispositivo.

    De acordo com o que foi definido por meio do simulador de circuitos, diz-se

    em respeito principalmente aos componentes eletrnicos empregados, foram

    realizadas comparaes de preos, durabilidade e acesso, podendo assim definir

    quais componentes realmente devem ser considerados na montagem do inversor de

    correntes contnua em alternada e definio de frequncia.

    Mostra-se na figura 3.1.5 a esquemtica de toda a montagem eletrnica do

    circuito empregado no dispositivo inversor.

    36

  • Figura 3.1.5. Projeto do circuito montado para o inversor monofsico. Fonte: Autores

    37

  • Deste modo, para que seja possvel dar continuidade no desenvolvimento

    do projeto, foi estabelecida a diviso da construo do equipamento em trs partes,

    sendo estas a parte estrutural, onde so definidas as dimenses do dispositivo,

    materiais empregados, formas e moldes considerados, a parte de controle e

    elevao de tenso corrente contnua em corrente contnua, e por ltimo a parte de

    converso e controle de corrente contnua em corrente alternada.

    Vale ainda ressaltar que alm das partes integrantes consideradas nas trs

    divises supracitadas, h a necessidade de se focar exclusivamente nos mtodos

    utilizados na dissipao de calor do inversor, visto que a potncia empregada

    relativamente alta, e pelo Brasil ser um pas tropical, deve se dar especial ateno a

    este ponto.

    Por existirem valores consideravelmente altos para com a potncia

    dissipada, alm da instalao de dissipadores metlicos afixados ao circuito,

    tambm sero necessrios diferentes meios de refrigerao associados, como por

    exemplo, o uso de ventoinhas.

    3.1.1 Parte Estrutural

    Visando reduo de custos, tanto na prpria construo dos dispositivos

    conversores quanto na logstica, distribuio e estocagem dos produtos, a estrutura

    focada no quo mais compacto possvel, respeitando as limitaes econmicas do

    projeto.

    Estas limitaes se referem aos componentes que hoje so existentes e

    encontram-se disponveis no mercado, contudo com preos no convidativos,

    geralmente por serem tecnologias recentes e de difcil acesso, complexos padres

    de fabricao e montagem, manuseio, dentre outros aspectos.

    3.1.1.1 Placa de Circuito Impresso

    A montagem do circuito de controle e etapa CC-C sero feitas em placas

    de circuito impresso, com os componentes afixados conforme definido via simulador

    de circuito. A seguir, figura 3.3 um exemplo de placa de circuito impresso empregado

    na montagem de um dispositivo eletrnico.

    38

  • Figura 3.1.1.1.1 Exemplo de placa de circuito impresso. Fonte: Livro 301 Circuitos

    Ed. Hemus

    Existem vrios modos de se construir as placas de circuito impresso,

    podendo ser desde mtodos artesanais, at meios computadorizados e

    automatizados de produo. A seguir encontram-se alguns dos processos de

    montagem destas placas:

    Impresso dos circuitos por meio de serigrafia: A serigrafia, tambm

    conhecida como Silk-Screen se baseia na impresso atravs de uma matriz

    vazada, na qual a tinta aplicada, permanecendo com as caractersticas do molde

    utilizado.

    Processos de impresso fotogrfica: Neste tipo de impresso, a placa

    banhada em uma soluo fotossensvel, que revelada logo aps queimada,

    assemelhando-se s fotografias.

    Jateamento: Neste processo de impresso, so utilizados materiais

    abrasivo para efetuar o jateamento da placa, atravs de uma mscara posta entre o

    fluxo e a placa ser impressa.

    Deposio Metlica: Etapas de impresso que se assemelham aos

    processos de cromagem, fazendo uso de galvanoplastia.

    Processos de transferncia trmica: Por meio de lasers, o circuito

    impresso em um papel especfico para transferncia trmica, posteriormente sendo

    revelados atravs de banhos qumicos.

    39

  • Transferncia de imagem: Assemelha-se serigrafia, no entanto so

    utilizados neste processo raios ultravioleta para efetivar a transferncia da imagem

    do circuito, sendo em seguida revelado atravs de banhos qumicos.

    de certa forma bvio que o circuito dos inversores possa utilizar qualquer

    um dos processos de impresso citados logo acima para confeco do circuito

    eletrnico, no entanto se devem fazer estudos de viabilidade tcnica e econmica,

    para ento definir quais so os mais condizentes com o produto em questo, alm

    de todas as variveis integrantes do processo total, como por exemplo, a alta

    demanda e a necessidade de durabilidade a preos baixos.

    Embora exista um processo de impresso de placa altamente eficiente,

    ainda necessria a avaliao do contexto geral, pois nem sempre o melhor produto

    o mais interessante ser considerado.

    3.1.1.2 Carcaa do Inversor

    Referente a confeco da carcaa dos inversores, a caixa que deve

    proteger os componentes das intempries e oscilaes de tempo deve atender

    tambm os parmetros de qualidade, baixo custo e alta durabilidade.

    De acordo com estudos realizados no processo de montagem, foi atestado

    que a utilizao de PVC ou outros materiais plsticos moldveis certamente a

    maneira mais vivel para ser considerada.

    Poderiam ser construdas carcaas de alumnio por exemplo, contudo no

    existe real necessidade para tal. Desde que sejam utilizados bons materiais plsticos

    na confeco da carcaa, no com o que se preocupar. Ainda, vlido considerar a

    questo de que o inversor deve permanecer em um local protegido.

    Por tratarem-se de painis solares as formas de obteno de energia mais

    comum no mbito residencial, esquematicamente os inversores podem ser alocados

    estrategicamente sob os telhados, assim garantindo a efetiva diminuio de

    exposio chuvas, raios solares, dentre outros.

    40

  • 3.1.1.3 Componentes

    Todos os componentes utilizados na confeco da placa eletrnica do

    dispositivo em questo tambm, no fugindo regra, devem ser de considervel

    durabilidade, baixo custo e compactos.

    Obviamente que h diversos fornecedores no mercado, e de maneira

    alguma sero prevalecidos sobre caractersticas que fujam destes pontos chave.

    Ainda, em casos de alta produtividade dos dispositivos ser atingida,

    interessante estabelecer posies estratgicas sobre quem e como produzir todo o

    conjunto das placas eletrnicas dos inversores.

    3.1.2 Parte de controle e elevao de tenso CC-CC

    Para o caso de trabalhar-se com corrente contnua, quando se h a

    necessidade de se aumentar ou diminuir nveis de tenso, h a possibilidade de se

    recorrer a diversos mtodos de converso que hoje so existentes no mercado.

    Dentre estes diversos mtodos encontrados, existe um mtodo com

    significativa eficincia sobre os processos de converso CC em CC (Corrente

    Contnua em Corrente Contnua), qual este fundamentado sobre a utilizao dos

    conversores eletrnicos de tenso ou conversores estticos.

    Os conversores estticos CC-CC realizam a converso variando-se a

    tenso aplicada sobre uma determinada carga utilizando para isto dispositivos

    semicondutores operando na regio de saturao e corte, sob frequncias de

    comutao de cerca de 100KHz (MARTINS e BARBI, 2008).

    Ao se ajustar o ciclo de trabalho, a tenso de sada pode ser alterada ou

    mantida estvel, atravs de um mtodo de controle adequado, mesmo que venham

    a ocorrer alteraes de carga e tenso de entrada. Este mtodo de converso

    utilizado apresenta maior grau de eficincia em comparao aos conversores

    lineares, quais estes por sua vez empregam equipamentos caracteristicamente de

    rendimento inferior.

    Para o controle de elevao de tenso CC em CC, o mdulo utilizado

    contm uma entrada para 120 Volts corrente contnua, qual tal tenso fornecida

    pelo painel de gerao solar.

    41

  • Como a entrada de 120 Volts corrente contnua, se utiliza um sistema de

    elevao de tenso para 127 Volts corrente contnua etapa esta chamada CC-CC,

    onde se aplica nesse sistema de elevao de tenso com controle MPPT, visto que

    a caracterstica MPPT muito importante em inversores conectados a mdulos

    solares. O tipo de controle MPPT que ser utilizado no presente trabalho do tipo

    controle de tenso, ressalva-se que existem diversos tipos de controle MPPT no

    mercado.

    O circuito que tem como fundamento a elevao de tenso chamado de

    STEP UP, sendo este composto por um indutor L, um transistor IGBT, um diodo e

    um capacitor.

    O princpio fundamental de funcionamento do conversor StepUp a

    tendncia de um indutor resistir s alteraes de corrente. Num conversor de

    impulso, a tenso de sada sempre maior do que a de entrada.

    Quando a chave fechada, a corrente flui atravs do indutor no sentido

    horrio, e o indutor armazena a energia. A polaridade do lado esquerdo do indutor

    positivo. Quando a chave est aberta, a corrente ser reduzida como a impedncia

    maior. Portanto, a alterao ou reduo no atual ser oposta do indutor. Assim, a

    polaridade ser invertida, ou seja, do lado esquerdo do indutor ficar negativo.

    Como resultado, duas fontes estaro em srie, possibilitando uma tenso

    mais elevada para carregar o condensador atravs do dodo D.

    Se o comutador munido de ciclos suficientemente rpidos, o indutor no

    ir descarregar totalmente entre as fases de carregamento, e a carga sempre ver

    uma tenso maior do que a da fonte de entrada, ao ponto que somente o interruptor

    esteja aberto.

    Alm disso, enquanto o interruptor estiver aberto, o capacitor em paralelo

    com a carga carregada para esta tenso combinada. Quando o interruptor ento

    fechado e o lado direito entra em curto-circuito no lado esquerdo, o condensador ,

    por conseguinte, capaz de fornecer a tenso e energia carga. Durante este tempo,

    o diodo de bloqueio impede que o capacitor se descarregue atravs do comutador.

    O interruptor deve novamente de forma clara abrir com a rapidez suficiente para

    evitar que o capacitor descarregue muito rapidamente. A figura 3.4 ilustra um circuito

    eltrico da etapa stepup.

    42

  • Figura 3.1.2.1. StepUp Converter. Fonte: Livro Eletrnica de Potncia - Ashfaq

    3.1.3 Parte de converso e controle de CC em CA

    Aps elevao e estabilizao da tenso para 127 Volts Corrente Contnua,

    inicia-se o processo de inverso e controle de corrente contnua em corrente

    alternada.

    Para o controle da inverso CC em CA no desenvolvimento do projeto, so

    utilizadas pontes retificadoras com aplicao de transistores IGBTs, para a

    converso de CC em CA controlado por SPWM. Desta forma, possvel construir o

    perodo de uma onda senoidal que no final corresponde ao perodo da frequncia da

    rede de distribuio de energia eltrica brasileira, que de 60 Hz.

    O controle SPWM efetua a comparao de uma onda senoidal, de 60 Hz,

    proveniente de um circuito gerador de onda e a uma onda triangular, para que assim

    seja possvel gerar a sada SPWM.

    Esta modulao ento feita por largura de pulso senoidal na sada,

    moldando a senide com frequncia de 60 Hz.

    3.2. Caractersticas tcnicas

    O QFD, abreviaes para o termo em ingls QualityFunction Deployment,

    trata-se de uma das diversas ferramentas de qualidade existentes para anlise do

    produto, produo, pontos a serem focados, dentre outros aspectos.

    Sendo assim, de forma fundamental, as matrizes QFD correlacionam

    aspectos do projeto ou produto s necessidades do consumidor, mostrando

    43

  • claramente o que deve e o que no deve ser levado em conta, na hora de definir as

    verbas e investimentos, aplicaes de desenvolvimento do projeto.

    A seguir, so exibidas as matrizes QFD com a correlao das Exigncias

    do Consumidor com as Caractersticas do Projeto figura 3.5, e as Caractersticas do

    projeto juntamente s Caractersticas dos Componentes figura 3.6.

    3.2.1 Matriz l - Exigncias do Consumidor / Caractersticas do Projeto

    Figura 3.2.1.1. Matriz QFD exigncias do consumidor com as caractersticas do

    projeto.

    A matriz encontrada acima mostra de forma numrica e grfica os aspectos

    do produto e do projeto, evidenciando os pontos fortes e fracos do projeto, deixando

    de forma mais clara a necessidade de investimento sobre melhoria.

    44

  • Tambm possvel analisar qual a caracterstica de relao que um

    aspecto tem sobre outro. Por vezes, mesmo que ambos os pontos sejam ambos

    positivos, um sobrepes o outro, ou depende de uma caracterstica inversa ao outro.

    Outro ponto interessante a ser destacado o traado grfico entre a

    empresa e possveis competidores de mercado. possvel ainda se analisar quais

    os aspectos de menor e maior relevncia em comparao aos concorrentes, para

    assim tomar as aes corretivas e de melhorias da melhor forma possvel.

    3.2.2 Matriz 2 - Caractersticas do projeto / Caractersticas dos Componentes

    Figura 3.2.2.1 Matriz QFD caractersticas do projeto juntamente s Caractersticas

    dos Componentes.

    45

  • Nesta matriz QFD, possvel correlacionar o impacto de planejamento

    sobre as caractersticas dos componentes utilizados na fabricao dos inversores e

    as caractersticas definidas no projeto. Abaixo a legenda da matriz QFD figura 3.7.

    Figura 3.2.2.2. Legenda da matriz QFD.

    3.3. Tecnologia do Produto

    O conversor, objeto de estudo deste trabalho, conta com a aplicao das

    seguintes tecnologias:

    - controle MPPT

    - etapa elevadora conversor CC-CC (boost)

    - modo de comutao monofsica atravs de transistores IGBTs

    - controle SPWM

    A seguir, descritivo funcional de cada tecnologia utilizada e sua aplicao

    no conversor.

    3.3.1 Controle MPPT

    A sigla MPPT, do ingls, Maximum Power Point Tracking, refere-se

    funo de controlar o rastreamento do ponto de mxima potncia no circuito

    desejado. Na aplicao em conversores de tenso, em sistemas solares, este tipo

    de tecnologia de extrema importncia. Em geral, as clulas fotovoltaicas produzem

    baixas de tenso de sada (aproximadamente 0,7 Volts individualmente). Por este 46

  • motivo, a aplicao exige a conexo de vrias clulas em paralelo para que se tenha

    um tenso de sada maior e apropriada para cada tipo de entrada no conversor e,

    consequentemente, um controle preciso para mxima transferncia de potncia.

    Ressalta-se que a operao das clulas fotovoltaicas depende do nvel de

    irradiao solar, posio do sol (direo dos raios solares), temperatura e tambm

    da carga conectada ao circuito. Com isso, conclui-se que a tenso de sada da

    clula fotovoltaica pode oscilar constantemente por diferentes motivos.

    Um controlador MPPT normalmente operado com a utilizao de um

    conversor CC-CC. Este responsvel por transferir a mxima potncia das clulas

    fotovoltaicas para a carga.

    Existem diversos tipos de controles para se realizar a operao de controle

    MPPT, dentre os sistemas de controle pode-se citar, mtodo da tenso constante,

    mtodo perturba e observa, mtodo da condutncia incremental dentre outros.

    Neste trabalho fora adotado o mtodo da tenso constante, o qual consiste

    em manter a tenso do mdulo fotovoltaico de acordo com um valor de referncia,

    este baseado no ponto de mxima potncia. Consegue-se isso, monitorando apenas

    a tenso da clula fotovoltaica, a partir deste dado, atua-se na freqncia da etapa

    CC-CC, este processo ser mais bem detalhado no capitulo 5.

    3.3.2 Etapa elevadora conversor CC-CC (boost)

    O conversor Boost possui um circuito composto basicamente de um

    indutor, um diodo, um capacitor e um comutador que, no caso deste trabalho do

    tipo IGBT conectado a um circuito PWM, conforme ilustrado na figura 3.3.2.1.

    47

  • Figura 3.3.2.1 Regulador boost. Fonte: Livro Eletrnica Vol. 2- Albert Malvino David

    J. B.

    No momento em que o transistor IGBT est trabalhando de maneira

    anloga a um interruptor fechado, a corrente flui entre a fonte de entrada (Vm) e o

    indutor. Esta fase permite que o indutor armazene energia.

    A partir do momento em que o interruptor passa a trabalhar de maneira

    anloga a um interruptor aberto, a corrente passa a fluir para a carga atravs do

    diodo. Nesta etapa, o indutor transfere a energia armazenada na primeira etapa

    dessa anlise.

    A tenso sobre o capacitor deve ser maior que a tenso de entrada para

    que haja transferncia de energia na segunda etapa. Adicionalmente, a constante de

    tempo RC deve ser muito maior que o perodo de comutao afim de garantir que a

    tenso de sada permanea aproximadamente constante durante a etapa

    (carregamento do indutor). Conclui-se ento que o dimensionamento do capacitor

    de grande relevncia para o bom funcionamento do conversor.

    As principais formas de onda do circuito do conversor de boost podem ser

    observadas nas figuras 3.3.2.2 abaixo.

    48

  • Figura 3.3.2.2. Formas de onda de tenso e corrente para o conversor boost. Fonte:

    Eletrnica de PotnciaAshfaq, 2006)

    Nota-se que a corrente IL (corrente no indutor) est diretamente

    relacionada com o chaveamento do transistor. O perodo em que o transistor opera

    como interruptor fechado representa a reta ascendente da corrente no indutor

    responsvel por carreg-lo.

    De maneira semelhante, tem-se que a corrente IM tambm segue a mesma

    representao grfica pois, refere-se corrente no prprio transistor. Obviamente,

    esta corrente interrompida quando o transistor passa a operar como interruptor

    aberto. Neste instante, a corrente IL passa a ser reduzida.

    A corrente no diodo a mesma corrente do indutor no momento em que o

    transistor est operando como interruptor aberto e, nula, quando o transistor estiver

    operando como interruptor fechado.

    49

  • O circuito PWM ser detalhado posteriormente. Resumidamente, este

    circuito responsvel por definir o momento em que o transistor deve operar como

    interruptor aberto ou como interruptor fechado, em outras palavras, o circuito PWM

    monitora o sinal de sada, processo e atua no chaveamento do transistor atravs de

    uma malha de realimentao permanente (feedback).

    3.3.3 Modo de comutao monofsica atravs de transistores IGBTs

    Os transistores IGBTs (Isolated Gate Bipolar Transistor) associam a

    caracterstica de comando do MOSFET com a caracterstica de conduo do BJT

    (Bipolar Junction Transistor).

    A figura 3.3.3.1 a seguir exibe o smbolo, bem como a curva caracterstica

    do componente.

    Figura 3.3.3.1. Smbolo IGBT e Curva caracterstica. Fonte: Livro Eletrnica de

    Potncia Ashfaq

    Este tipo de componente opera com baixa tenso do circuito de controle e,

    ao mesmo tempo, podem conduzir elevadas correntes com baixa perda.

    Apesar de possuir um tempo maior de entrada em conduo e um tempo

    de chaveamento um pouco mais lento em relao ao MOSFET, o IGBT possui

    grande capacidade de conduo de corrente eltrica, favorecendo o sua utilizao

    em conversores CC-CA.

    50

  • 3.3.4 Controle SPWM

    O controle Sinusoidal PWM (SPWM - Sinusoidal Pulse WidthModulation)

    pode ser obtido atravs da comparao de uma onda senoidal de referncia com

    uma onda portadora triangular.

    O controle SPWM possui como caracterstica baixa THD (Total

    HarmonicDistortion), ou seja, possui alta eficincia no controle de harmnicas.

    Sendo assim, este tipo de controle adequado para a aplicao em estudo neste

    trabalho.

    Na figura 3.3.4.1 abaixo, exemplifica-se o princpio de funcionamento do

    SPWM. O sinal VR refere-se ao sinal de referncia e o sinal VC, o sinal de onda

    portadora do tipo triangular.

    Figura 3.3.4.1. SPWM. Fonte: Livro Eletrnica de Potncia Ashfaq

    A anlise dos pontos de chaveamento feita tanto no semi-ciclo positivo

    quanto no semi-ciclo negativo. Desta forma tem-se Semi-ciclo positivo trata-se do

    estado onde a largura do pulso determinada pelo tempo em que o sinal da onda

    portadora (VC) menor que o sinal de referncia (VR), e para o Semi-ciclo

    negativo,a largura do pulso determinada pelo tempo em que o sinal da onda

    portadora (VC) maior que o sinal de referncia (VR).

    Abaixo, figura 3.3.4.2 pode-se observar a figura resultante da comparao

    dos sinais mencionados.

    51

  • Figura 3.3.4.2. Resultante da comparao Vr e Vc. Fonte: Livro Eletrnica de

    Potncia . Ashfaq.

    Os pulsos do sinal SPWM fornecem a informao sobre o sinal de entrada

    e a frequncia do sinal de onda triangular (portadora). Desta forma, se a frequncia

    da portadora for muito maior que a frequncia do sinal de entrada, a densidade da

    frequncia espectral da portadora ser afastada da densidade espectral do sinal de

    entrada, o que permite recuperar o sinal com facilidade atravs de uma filtragem

    adequada. Isso pode ser feito atravs de um filtro LC.

    A filtragem mencionada reduz a distoro harmnica da tenso alternada

    do inversor.

    3.4. Materiais utilizados

    Os materiais utilizados para confeco de todo o Inversor Monofsico com

    as caractersticas tcnicas j comentadas so como seguem:

    - Bobina solenide L, para realizar a elevao de tenso de 120V CC para

    127V CA.

    - Cooler juntamente uma ventoinha para refrigerao dos IGBTs.

    - dissipador para refrigerao do bloco de alumino.

    - Placas eletrnicas onde esto impressos todos os componentes eltricos

    eletrnicos.

    -Diodos rpidos Schottky, utilizados na etapa de elevao e controle de

    tenso de 120VCC para 127VCA.

    - CI NE555, utilizado para realizao do Controle MPPT. 52

  • - IGBT IRGP4063D, transistor usado no modulo da ponte inversora de 127

    Volts CC para 127 Volts CA.

    - CI ICL8038, para que se obtenha uma onda triangular e senoidas para

    fins de comparao.

    - Comparador LM741, utilizado para comparar a onda triangular com a

    onda senoidal.

    4 Avaliao Financeira e econmica

    4.1 Investimentos

    Conforme descrito na introduo deste trabalho, o foco deste projeto

    desenvolver um conversor de tenso CC CA de baixo custo e com qualidade e

    preciso com base na utilizao de transistores do tipo IGBTs, associados a circuitos

    de controle.

    Diante do exposto, ser necessrio utilizar baixo valor de investimento para

    a execuo do projeto.

    A ttulo de comercializao do mesmo, os investimentos com a publicidade

    e propaganda tambm tero custos reduzidos, considerando-se o momento em que

    o pas est vivendo. Em outras palavras, pode-se aproveitar o investimento que o

    prprio governo est fazendo em energias renovveis como argumento de venda do

    produto.

    Alm de programas do governo de energia alternativa que sero abordados

    posteriormente, matrias exibidas em rede nacional em horrio nobre como o

    programa Globo Reprter, que foi ao ar no dia vinte e oito de Junho de 2013

    amplificam a divulgao da necessidade de se buscar fontes alternativas de energia

    e o benefcio do retorno financeiro populao de um modo geral. Neste programa,

    dentre outras matrias relacionadas ao assunto, foi mencionado o programa de

    incentivo a proteo e a conservao do meio ambiente atravs de medidas

    aplicadas em residncias como, utilizao de energia solar para aquecimento de

    gua, reutilizao de gua da chuva, espao verde para absoro da gua ao solo,

    etc. Atravs de visitas agendadas com a prefeitura, o proprietrio que adotar

    medidas como as citadas acima, tem como benefcio, desconto no valor do IPTU

    que pode chegar em at 6%. Este incentivo conhecido como IPTU verde e uma

    medida municipal implantada em poucos municpios at o momento, mas que tem 53

  • alta tendncia de expanso. Certamente, a comercializao de equipamentos para

    gerao de energia eltrica atravs de energia solar, teria alto potencial de

    comercializao neste contexto e, certamente, seria includo neste programa do

    governo.

    Como citado anteriormente, o lanamento do produto no tempo correto,

    alm de alavancar oportunidades de vendas, tambm reduz significativamente o

    custo de divulgao. O fato de o governo incentivar financeiramente a populao,

    reduz amplamente os esforos de convencimento e argumentao de venda.

    O programa ECOWATT (CESP/ELEKTRO), outro exemplo de demanda

    por sistemas e equipamentos de energia alternativa, implementou sistemas

    fotovoltaicos domiciliares em regies rurais afastadas onde, atravs de um contrato

    de utilizao, cobra dos usurios uma quantia equivalente amortizao dos

    equipamentos e as respectivas reposies de baterias. No entanto, o valor do KWh

    ainda mais caro que os sistemas convencionais devido aos custos com os

    equipamentos atuais. Este ponto traduz-se novamente, em uma oportunidade de

    negcio com um projeto de baixo custo. Adicionalmente, uma importante

    oportunidade que a Engenharia possui, no aspecto scio humanitrio, para trazer

    solues populao necessitaria do pas e do mundo visto que, muitas famlias

    no tem acesso a energia eltrica.

    Figura 4.1.1. Sistema Fotovoltaico domiciliar Municpio de Benjamin Constant -

    Amazonas Fonte: Revista Brasileira de Energia, Volume 10 (Sociedade brasileira de

    Planejamento Estratgico. 54

  • A demanda por equipamentos para gerao de energia eltrica alternativa

    no se restringe a apenas regies afastadas como mencionado anteriormente. A

    resoluo nmero 456, da ANEEL ainda prev que, qualquer residncia pode ter seu

    sistema prprio de gerao energia conectada a rede de distribuio e ser um

    fornecedor de energia durante o dia e consumidor a noite, por exemplo.

    4.2 Necessidades de financiamento

    Para a construo do prottipo do projeto, no haver necessidade de

    financiamento. No entanto, caso queira-se investir em produo e comercializao,

    uma anlise estruturada de viabilidade deve ser realizada.

    Nesta anlise, precisam ser definidas estratgias de negcios como, por

    exemplo, a abertura de uma fbrica de manufatura do produto onde, certamente

    haver necessidade de financiamento, ou, contratao de empresas terceiras para

    produo. Esta deciso precisa ser cuidadosamente tomada, pois implica em se ter

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