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% Capítulo 5 - Dissertação Artur Muniz Szpak Furtado
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\chapter{Conclusões e Trabalhos Futuros}\label{capitulo_conclusao}

Este trabalho tem como objetivo o estudo de técnicas de seguimento do ponto de máxima potência global (GMPPT) em sistemas fotovoltaicos expostos a um sombreamento parcial, a proposta de uma técnica inédita e a avaliação desta técnica inédita em comparação às demais técnicas estudadas.

No Capítulo 2, primeiramente foi realizada uma revisão bilbiográfica sobre as curvas características do sombreamento parcial e sobre as distribuições características, obtidas estatisticamente, dos pontos de máxima potência globais destas curvas caracteristicas no plano tensão-corrente. A partir dos questionamentos levantadados, um extenso estudo estatístico foi realizado a fim de obter conclusões sobre as características do sombreamento parcial no plano tensão-potência que pudessem servir como base para a construção de uma técnica inédita de GMPPT. O principal viés deste estudo estatístico foi estudar profundamente como os pontos de máxima potência globais se distribuiam no plano tensão-potência. Num primeiro momento, o estudo estatítico a partir de situações com sombreamentos complexos, gerados aleatoriamente, para uma mesma temperatura gerou distribuições com regiões concentradas de presença dos pontos separadas por regiões com total ausência de pontos. Em um segundo momento, a generalização do estudo estatístico para toda uma faixa de temperaturas viável em nosso planeta, resultou numa distribuição sem mais regiões concetradas intercaladas por regiões vazias. Com a generalização para toda uma faixa de temperaturas, a distruição dos pontos de máxima potência de milhares de simulações com irradiâncias aleatórias preencheu completamente uma região triângular. Todo esse estudos foi realizado para três configurações série-paralelo de 16 módulos. E, pode-se concluir que, normalizando o eixo das tensões do plano tensão-potência pelo número de módulos em série de cada conexão, as distribuições dos GMPPs para irradiâncias aleatórias para a faixa de temperatura escolhida se tornavam iguais para os três arranjos. Por fim, neste capítulo, realizou-se um estudo com os mesmos três arranjos expostos apenas a diversos pares de duas irradiâncias distintas, variando o número de módulos com cada irradiância. Os resultados levaram a conclusões sobre a relação da hipotenusa que delimita a região triangular e a corrente máxima que um ponto de máxima potência global pode ter com todos os módulos com irradiâncias menores ou iguais à irradiância da \emph{STC}. Assim, o capítulo foi finalizado com a conclusão de uma região triangular do plano tensão-potência normalizado, limitada por uma reta afim com inclinação igual ao arcotangente da corrente do ponto de máxima potência do arranjo na \emph{STC}, uma reta horizontal com a tensão de 90$\,$\% do valor da tensão de circuito aberto do arranjo na \emph{STC} e o eixo da tensão normalizado pelo número de módulos em série do arranjo. Esta região triangular contém todos os possíveis pontos de máxima potência de qualquer arranjo fotovoltaico sobre qualquer situação de irradiâncias inferiores a $1000W/m^{2}$.

No capítulo 3, após uma revisão bibliográfica introdutória sobre as técnicas de GMPPT, duas técnicas recentes baseadas no mesmo tipo de abordagem, de restrição das tensões onde o GMPPT precisa ser buscado, foram estudadas. O estudo resultou em questões a respeito do funcionamento dinâmico destas técnicas quando aplicadas a sistemas fotovoltaicos com restições reais: correntes limitadas que levam tempo diferentes para acrescer ou descrescer a tensão do barramento C.C por passos tensão diferentes. Desta forma, uma técnica inédita foi proposta. Esta técnica observa as restrições reais, faz o uso da característica real de que controladores de tensão do barramento e de GMPPT rodam num mesmo microcontrolador e, portanto, tem passos tem passos de amostragem e processamentos iguais, e usa a região triangular delimitada no capítulo anterior para limitar a faixa de tensão de busca.

No capítulo 4, primeiramente foi introduzida uma metodologia de análise dinâmica usada para avaliar as três técnicas observando limites de correntes e de tempo de carga e descarga do capacitor do barramento C.C. A partir desta metodologia, uma modelagem computacional capaz de simular dinamicamente um sistema fotovoltaico controlado por seu algoritmo de MPPT, de acordo com as restrições dinâmicas reais, foi apresentada. A partir desta modelagem, foram realizadas 38 simulações de sistemas fotovoltaicos com sombreamento parcial sendo controlados por seus algoritmos de GMPPT para cada uma destas três técnicas. Das 38 simulações, 30 foram realizadas para o sistema fotovoltaico com um arranjo 16x1. Destas, 22 foram com 16 irradiâncias aleatórias diferentes a $25^{o}C$, quatro foram com apenas duas irradiâncias não aleatórias diferentes a $25^{o}C$ e quatro foram com 16 irradiâncias aleatórias diferentes a $75^{o}C$. Completando as 38 simulações, mais quatro simulações foram realizadas para o sistema com arranjo 8x2 e quatro foram realizadas para o sistema no arranjo 4x4. Cinco resultados gráficos dinâmicos foram expostos de forma gráfica e detalhados, sendo relacionandos com os passos dos algoritmos de cada técnica.

Para analisar comparativamente as técnicas, quatro parâmetros foram escolhidos: tempo de busca, energia perdida durante a busca, menor tensão rastreada na busca e caminho de tensão percorrido na busca. Estes parâmetros foram apresentados em tabelas para as 38 simulações das três técnicas.

Em todos as simulações, a técnica do triângulo dos GMPP apresentou o menor tempo de busca entre as três técnicas, mas teve a técnica de Boztepe \emph{et al.} com tempos sempre próximos. Pôde se verificar que estes tempos para estas duas técnicas foram mais próximos para GMPPs localizados em tensões maiores. O que se deve ao fato do caminho de tensão percorrida aumentar para a técnica do Triângulos dos GMPPs e diminuir para a técnica de Boztepe \emph{et al.} quando a tensão do GMPP é maior. Em relação ao tempo de busca, a técnica de Chen \emph{et al.} só é competitiva para as simulações com apenas duas irradiâncias, sendo inclusive mais rápida que a de Boztepe \emph{et al.} nestes casos. Em todos os casos com irradiâncias aleatórias, a técnica de Chen \emph{et al.} é muito lenta em comparação às demais.

Um parâmetro mais preciso que o tempo de busca para avaliar a eficiência das técnicas é a energia perdida durante a busca, a energia que o sistema deixou de gerar por não estar no seu GMPP durante a busca. Novamente, neste parâmetro predominantemente influenciado pelo tempo de busca, a técnica do Triângulo dos GMPPs apresentou os melhores resultados. Sua energia perdida durante a busca foi a menor nas 34 simulações com irradiâncias aleatórias. No entanto, para simulações com apenas duas irradiâncias, a técnica de Chen \emph{et al.} foi a que teve menor energia perdida. Isso leva a concluir que esta técnica só é interessante para sistemas sombreados com apenas duas irradiâncias diferentes. À medida que o número de irradiâncias aumenta, a técnica de Chen \emph{et al.} perde eficiência de forma condenável.

Outro parâmetro avaliado foi a tensão mínima de busca, indicadora do tamanho da faixa de busca de cada busca. Para este parâmetro, a técnica do Triângulo dos GMPPs apresentou tensões mínimas maiores que as demais nas 36 simulações, indicando que a faixa de tensão de busca para esta técnica foi a menor nas 36 simulações. Este resultado era previsto e foi apenas comprovado, pois a inclinação menor da hipotenusa da técnica do Triângulo dos GMPPs em relação à hipotenusa da técnica de Boztepe \emph{et al.} já leva naturalmente à maior restrição da faixa para um determinado valor de potência máxima salva durante a busca. Além disso, enquanto a técnica de Boztepe \emph{et. al} só limita a faixa de busca efetivamente uma vez, comparando sua hipotenusa com a potência amostrada na entrada da fase global do algoritmo, a técnica do Triângulo dos GMPPs sempre limita a faixa comparando sua hipotenusa com o ponto de máxima potência global bsucado por ela.

Por fim, como a técnica de Boztepe \emph{et al.} foi originalmente apresentada para um sistema que não considerava limites de corrente e dinâmicas de carga e descarga do barramento C.C., pode-se questionar se o fato da técnica do Triângulo dos GMPPs ter apresentado melhores resultados nestes três primeiros parâmetros avaliados se deve à vantagem dinâmica de percorrer a faixa de tensão de busca de forma mais rápida, pois ao estabelecer uma só referência de tensão, o mais longe possível, o controle da tensão do barramento tende a aplicar referências de corrente maiores do que redefinindo pequenos passos de tensão durante a varredura da curva. Assim foi criado o parâmetro caminho de tensão percorrido na busca, que desacopla a eficiência da técnica de sua capacidade de carragar ou descarregar o capacitor do barramento mais rápido. Novamente, a técnica do Triângulo dos GMPPs obteve o melhor resultado para este parâmetros para as 36 simulações destas três técnicas. Desta forma, caso sempre carregassem e descarregassem o capacitor na mesma velocidade em (V/s), a técnica do Triângulo dos GMPPs realizaria todo seu caminho de busca em menos tempo, pois esse caminho foi sempre menor em relação às demais técnicas.

Desta forma, como a técnica do Triângulo dos GMPPs apresentou majoritariamente melhor performance para todos os parâmetros, esta pode ser avaliada como a melhor entre as três técnicas. O fato da técnica de Chen \emph{et al.} ter menor energia perdida para situações com duas irradiâncias não torna ela mais atraente que a do Triângulo dos GMPPs, pois além de apresentar ser extremamente lenta para um maior número de irradiâncias, esta ainda necessita de um sistema com um voltímetro por módulo. Isto causa um custo adicional que não se traduz numa maior energia gerada.

Por fim, é importante observar que o caminho de tensão percorrido na busca é influenciado pela tensão inicial onde ocorre o sombreamento, tanto quanto é influenciado pela faixa de tensão de busca e pela tensão onde o GMPP está localizado para cada evento de irradiâncias. Assim, embora as técnicas tenham sido testadas para diversas valores de tensão do GMPP bem distribuidos, todos os testes se iniciaram com o sombreamento acontecendo na mesma tensão normalizada. Testes com sombreamentos iniciados em tensões diversas faixa também podem ser realizados, simulando a situação de mudança entre dois sombreamentos parciais diferentes.


\section{Trabalhos Futuros}

Em seguida, são enumeradas algumas sugestões de trabalhos futuros relacionadas com o tema desta dissertação:

\begin{enumerate}
  \item Estudar e simular mais técnicas de GMPPT para sistemas centralizados, baseadas em tipos diferentes de abordagens do problema, a fim de obter uma comparação com maior número de técnicas e, portanto, mais abrangente na definição da melhor tecnologia;
  \item Investigar as situações em que o sombreamento e, portanto, a entrada na fase global do algoritmo acontecer em diferentes tensões. Assim, pode-se avaliar a performance dinâmica em buscas após uma mudança entre dois eventos de sombreamento.
\end{enumerate}

