BR112014004195B1

BR112014004195B1 - Sistema de conversão de energia, e, método de operação de um sistemade conversão de energia

Info

Publication number: BR112014004195B1
Application number: BR112014004195-4A
Authority: BR
Inventors: Lyon van der Merwe
Original assignee: Franklin Electric Co., Inc
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2021-02-23
Also published as: IN2014DN01953A; ZA201401739B; US9479070B2; US20140167661A1; EP2748916B1; EP2748916A4; AU2012299019B2; AU2012299019A1; WO2013028618A1; BR112014004195A2; EP2748916A1

Abstract

sistema de conversão de energia, e, método de operação de um sistema de conversão de energia esta descrição refere-se a um sistema de conversão de energia para energizar uma carga de impedância variável com uma fonte de energia variável, o sistema de conversão de energia compreendendo um conversor de energia que inclui terminais de entrada adaptados para receber energia variável a partir da fonte de energia variável e terminais de saída que proveem uma energia convertida para a carga de impedância variável com base na energia variável recebida nos terminais de entrada. o conversor de energia aumenta a voltagem de entrada para uma voltagem de saída. o conversor de energia é configurado para refletir uma impedância de fonte da fonte de energia variável na carga de impedância variável.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] O presente Pedido de Patente reivindica o benefício de prioridade do Pedido Provisório de Patente comumente possuído US 61/526.002 depositado em 22 de agosto de 2011, intitulado “POWER CONVERSION SYSTEM”, que é aqui expressamente incorporado pela referência em sua íntegra.

CAMPO DA INVENÇÃO

[0002] São descritos um sistema e um método para converter energia proveniente de uma fonte de energia variável e, mais particularmente, um sistema e um método para aumentar a confiabilidade e/ou a eficiência de um sistema de conversão de energia.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0003] Fontes de energia proveem energia elétrica que varia de acordo com condições que afetam a fonte de energia. Fontes de energia exemplares incluem células de combustível, geradores eólicos, módulos fotovoltaicos e geradores de propulsão humana. Fontes de energia podem transmitir eletricidade com corrente alternada (CA) ou corrente contínua (CC). Geradores eólicos, por exemplo, podem ser configurados para transmitir energia monofásica, trifásica ou em CC. A transmissão de um gerador eólico varia com a velocidade do ar e a umidade. A transmissão de um módulo fotovoltaico que converte energia solar varia com a temperatura, ângulo de incidência e o nível de insolação. A transmissão de energia também pode depender da carga conectada na fonte de energia. Conversores de energia são usados para converter a transmissão de energia pela fonte de energia. À medida que a funcionalidade e a complexidade destes dispositivos aumentam, exposição a temperaturas extremas, radiação solar, vento e umidade reduz crescentemente sua confiabilidade, o que aumenta os custos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0004] Um sistema e um método para converter energia proveniente de uma fonte de energia variável e, mais particularmente, um sistema e um método para aumentar a confiabilidade e/ou a eficiência de um sistema de conversão de energia são aqui providos. A fonte de energia variável pode compreender um arranjo de painel solar, gerador eólico e outras fontes de energia cuja transmissão varia durante o tempo. O sistema compreende um conversor de energia configurado para ser muito confiável pela seleção de seus componentes, seleção esta que é habilitada pela topologia do conversor de energia e estratégia de controle. A confiabilidade é um fator importante, particularmente, em áreas remotas ou desertas. Em um exemplo, a voltagem de um arranjo de painel solar é aumentada por um conversor de energia desregulado e suprida para um acionador do motor para energizar um motor que aciona uma bomba d'água. O acionador do motor é acoplado em uma lógica de controle do ponto de energia máxima configurada para operar o arranjo de painel solar em seu ponto de energia máxima mesmo que as condições ambientais ou de carga de bombeamento variem durante o tempo. O conversor de energia é configurado para refletir a impedância do arranjo de painel solar no acionador do motor, habilitando que a lógica de controle do ponto de energia máxima determine o ponto de energia máxima do arranjo de painel solar com base na voltagem recebida pelo acionador do motor a partir do conversor de energia.

[0005] Em uma modalidade de acordo com a descrição, é provido um sistema de conversão de energia. O sistema de conversão de energia compreende um terminal de entrada adaptado para receber energia variável com uma voltagem de entrada a partir de uma fonte de energia variável com uma impedância da fonte; um terminal de saída adaptado para prover energia convertida com uma voltagem de saída para uma carga de impedância variável, a carga de impedância variável recebendo uma voltagem de carga com base na voltagem de saída; e um conversor de energia. O conversor de energia inclui um controlador de comutação, comutadores de energia controlados pelo controlador de comutação, um transformador acoplado nos comutadores de energia, um circuito de retificação configurado para retificar uma corrente alternada transmitida a partir do transformador, e capacitores de entrada e saída, o controlador de comutação configurado para comutar os comutadores de energia de uma maneira desregulada alternada para aumentar a voltagem de entrada para a voltagem de saída. O conversor de energia é configurado para refletir a impedância de fonte da fonte de energia variável na carga de impedância variável.

[0006] Em uma variação da presente modalidade, o controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia em uma frequência entre cerca de 20 KHz e 100 KHz para reduzir o tamanho dos capacitores de entrada e saída, e os capacitores de entrada e saída são selecionados de maneira tal que a impedância da fonte refletida represente uma versão escalonada das características de impedância da fonte de energia variável. Em um exemplo, o controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia em uma frequência entre cerca de 20 KHz e 50 KHz. Em um outro exemplo, o controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia em uma frequência entre cerca de 30 KHz e 50 KHz.

[0007] Em uma outra variação da presente modalidade, o sistema de conversão de energia compreende adicionalmente um acionador do motor como a carga de impedância variável e uma lógica de controle do ponto de energia máxima adaptada para variar a velocidade de um motor acoplado no acionador do motor com base, pelo menos, na voltagem de carga para fazer com que a fonte de energia variável opere em um ponto de energia máxima, ou próximo dele.

[0008] Em um exemplo da presente variação, a lógica de controle do ponto de energia máxima é adaptada para pausar o acionador do motor em intervalos periódicos, determinar a voltagem de saída enquanto o acionador do motor estiver pausado e variar a velocidade do motor enquanto o acionador do motor não estiver pausado para manter a voltagem de saída em uma faixa que é uma fração da voltagem de saída determinada enquanto o acionador do motor estava pausado.

[0009] Em um outro exemplo da presente variação, o sistema de conversão de energia compreende adicionalmente uma bomba de fluido acoplada no motor. O sistema de conversão de energia é configurado para maximizar uma eficiência de bombeamento de fluido fazendo com que a fonte de energia variável opere no ponto de energia alvo.

[00010] Em um exemplo adicional da presente variação, o sistema de conversão de energia compreende adicionalmente um arranjo de painel solar como a fonte de energia variável. Em uma variação deste, o sistema de conversão de energia compreende uma pluralidade de painéis solares como a fonte de energia variável e uma pluralidade de conversores de energia acoplados na pluralidade de painéis solares e no acionador do motor.

[00011] Em um exemplo ainda adicional da presente variação, o conversor de energia tem uma impedância de saída que é de até cerca de 15 % da impedância da fonte quando o acionador do motor operar no ponto de energia alvo. Em uma variação deste, o conversor de energia tem uma impedância de saída que é de até cerca de 10 % da impedância da fonte quando o acionador do motor operar no ponto de energia alvo.

[00012] Em uma outra variação da presente modalidade, a carga de impedância variável é um acionador do motor configurado para variar a velocidade de um motor acoplado no acionador do motor com base na voltagem de carga para fazer com que a fonte de energia variável opere em um ponto de energia alvo com base em um ponto de energia máxima da fonte de energia variável.

[00013] Em uma variação adicional de um sistema de conversão de energia, como em qualquer uma das variações precedentes da presente modalidade, o controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia em uma frequência que é independente da carga de impedância variável e da fonte de energia variável. Em um exemplo da variação precedente, o controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia em um modo alternado simétrico em um ciclo de trabalho máximo.

[00014] Em uma variação ainda adicional da presente modalidade, o conversor de energia é termicamente insensível em uma faixa de temperatura entre 10°C e 40°C e é insensível a ciclagem térmica.

[00015] Em uma variação ainda adicional da presente modalidade, o conversor de energia é desprovido de capacitores eletrolíticos.

[00016] Variações adicionais da presente modalidade abrangem todos os exemplos e as variações expostos, individualmente ou arranjados em qualquer combinação adequada.

[00017] Em um outra modalidade de acordo com a descrição, é provido um método de operação de um sistema de conversão de energia. O método compreende receber uma energia variável com uma voltagem de entrada a partir de uma fonte de energia variável com uma impedância da fonte; converter a energia variável em uma energia convertida pelo aumento da voltagem de entrada para uma voltagem de saída com um conversor de energia; receber, por uma carga de impedância variável, uma voltagem de carga com base na voltagem de saída; e refletir a impedância da fonte na carga de impedância variável com o conversor de energia.

[00018] Em uma variação da presente modalidade, o conversor de energia inclui um controlador de comutação, comutadores de energia controlados pelo controlador de comutação, um transformador acoplado nos comutadores de energia, um circuito de retificação configurado para retificar uma corrente alternada transmitida a partir do transformador e capacitores de entrada e saída. O controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia de uma maneira desregulada alternada para aumentar a voltagem de entrada para a voltagem de saída.

[00019] Em um exemplo do exposto, o controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia em uma frequência entre cerca de 20 KHz e 100 KHz para reduzir o tamanho dos capacitores de entrada e saída, e os capacitores de entrada e saída são selecionados de maneira tal que a impedância da fonte refletida represente uma versão escalonada das características de impedância da fonte de energia variável.

[00020] Em uma outra variação da presente modalidade, o método compreende adicionalmente operar os comutadores de energia em uma frequência que é independente da carga de impedância variável e da fonte de energia variável.

[00021] Em uma variação adicional da presente modalidade, o método compreende adicionalmente operar os comutadores de energia em um modo alternado simétrico em um ciclo de trabalho máximo.

[00022] Em uma variação ainda adicional da presente modalidade, a fonte de energia variável é um arranjo de painel solar.

[00023] Em variações adicionais de um método, como em qualquer uma das variações precedentes da presente modalidade, o método compreende adicionalmente variar, com base na voltagem de carga, a velocidade de um motor acoplado na carga de impedância variável para operar a fonte de energia variável em um ponto de energia alvo correspondente a um ponto de energia máxima da fonte de energia variável.

[00024] Em um exemplo deste, o método compreende adicionalmente pausar o acionador do motor em intervalos periódicos; determinar a voltagem de carga enquanto o acionador do motor estiver pausado; e variar a velocidade do motor para manter a voltagem de carga em uma faixa de cerca de 0,76 e 0,82 da voltagem de carga determinada enquanto o acionador do motor estava pausado.

[00025] Em um outro exemplo deste, o método compreende adicionalmente acionar uma bomba de fluido com o motor para bombear um fluido.

[00026] Em uma ainda outra modalidade, a fonte de energia variável compreende uma pluralidade de painéis solares. O método compreende adicionalmente cada um de uma pluralidade de conversores de energia receber energia variável a partir de cada um da pluralidade de painéis solares; e a carga de impedância variável receber a energia convertida a partir de cada um da pluralidade de conversores de energia.

[00027] Em um outra modalidade de acordo com a descrição, é provido um sistema de conversão de energia. O sistema de conversão de energia compreende dispositivo de conversão de energia para aumentar uma voltagem de entrada de uma energia variável originada por uma fonte de energia variável para uma voltagem de saída; um terminal de entrada acoplado no dispositivo de conversão de energia e adaptado para receber a energia variável a partir da fonte de energia variável; e um terminal de saída acoplado no dispositivo de conversão de energia e que provê uma energia convertida com a voltagem de saída para a carga de impedância variável. O dispositivo de conversão de energia é configurado para refletir uma impedância de fonte da fonte de energia variável na carga de impedância variável. Variações da presente modalidade incluem as variações e os exemplos de um sistema de conversão de energia, como exposto, individualmente ou arranjados em qualquer combinação adequada.

[00028] Certas modalidades da presente descrição podem incluir algumas, todas ou nenhuma das vantagens expostas. Uma ou mais outras vantagens técnicas podem ficar prontamente aparentes aos versados na técnica a partir das FIGS., descrições e reivindicações aqui incluídas. Além do mais, embora vantagens específicas tenham sido enumeradas anteriormente, várias modalidades podem incluir todas, algumas ou nenhuma das vantagens enumeradas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00029] Os recursos e as vantagens da descrição serão mais prontamente percebidos, já que os mesmos ficam mais bem entendidos pela referência à seguinte descrição detalhada quando tomada em conjunto com os desenhos anexos, em que:

[00030] a FIG. 1 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema de conversão de energia de acordo com a descrição;

[00031] as FIGS. 2 - 5 são diagramas esquemáticos de um transformador e correspondente modelo de transformador, e de modelos de reflexo de impedância;

[00032] a FIG. 6 é um diagrama esquemático de uma modalidade de um conversor de energia de acordo com a descrição;

[00033] a FIG. 7 é um diagrama esquemático de uma outra modalidade de um conversor de energia de acordo com a descrição;

[00034] a FIG. 8 é um fluxograma de uma modalidade de uma método de transferência de energia de acordo com a descrição; e

[00035] a FIG. 9 é um diagrama de blocos de uma outra modalidade de um sistema de conversão de energia de acordo com a descrição.

[00036] Caracteres de referência correspondentes indicam partes correspondentes por todas as diversas vistas. Embora os desenhos representem modalidades de vários recursos e componentes de acordo com a presente descrição, os desenhos não estão necessariamente em escala, e certos recursos podem estar exagerados a fim de mais bem ilustrar e explicar a presente descrição. As exemplificações aqui expostas ilustram modalidades da descrição, e tais exemplificações não devem ser interpretadas limitando o escopo das reivindicações de nenhuma maneira.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00037] Com os propósitos de promover um entendimento dos princípios da descrição, agora, referência será feita às modalidades ilustradas nos desenhos, que são descritas a seguir. Não se pretende que as modalidades descritas a seguir sejam exaustivas ou limitem as reivindicações à precisa forma descrita na seguinte descrição detalhada. Em vez disto, as modalidades são escolhidas e descritas de forma que outros versados na técnica possam utilizar seus preceitos. Será entendido que nenhuma limitação do escopo das reivindicações é, desse modo, pretendida. A presente invenção inclui todas as alterações e modificações adicionais nos dispositivos ilustrados e métodos descritos e aplicações adicionais dos princípios da descrição que normalmente ocorriam aos versados na técnica à qual a descrição se refere.

[00038] Exceto quando uma intenção contrária for expressamente declarada, termos são usados em suas formas singulares por objetividade e pretende-se que incluam suas formas plurais. Por exemplo, os termos condutor, comutador, linha, resistor, capacitor e indutor incluem, respectivamente, condutores, comutadores, linhas, resistores, capacitores e indutores.

[00039] A descrição refere-se a sistemas e métodos para converter energia elétrica. Em relação à FIG. 1, um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema de conversão de energia de acordo com a descrição é provido. O sistema de conversão de energia, denotado pelo número 10, compreende um conversor de energia 30 que inclui um circuito do conversor de energia adaptado para receber uma primeira energia variável com uma voltagem de entrada a partir de uma fonte de energia variável 20 através dos condutores 22, 24 e terminais de entrada 32, 34 e para prover energia convertida com uma voltagem de saída aumentada para uma carga de impedância variável 40 através dos terminais de saída 36, 38 e condutores 26, 28. O conversor de energia 30 tem uma impedância de entrada e uma impedância de saída configuradas para refletir uma impedância de fonte da fonte de energia variável na carga de impedância variável. Em um exemplo, as impedâncias de entrada e saída são configuradas para ser substancialmente insignificantes. Em um outro exemplo, a voltagem de saída provida pelo conversor de energia para a carga de impedância variável é sempre superior à voltagem de entrada quando o conversor de energia estiver operando. Se o conversor de energia for desativado, energia convertida não é provida para os terminais de saída.

[00040] A fonte de energia variável 20 recebe energia variável a partir de uma fonte de energia 18 e converte a energia variável para potência variável. Fontes de energia exemplares incluem vento, radiação solar, células de combustível e sistemas de energia cinética. Fontes de energia variável operam de uma maneira não linear se o relacionamento entre a voltagem e a corrente da energia variável for em função da impedância da carga nelas acoplada. Impedâncias de carga podem ser selecionadas ou controladas de maneira tal que o produto da voltagem e da corrente produza um valor máximo. Em uma fonte fotovoltaica, por exemplo, para cada conjunto de condições ambientais, existe uma impedância de carga que faz com que a fonte fotovoltaica supra máxima energia. A voltagem e a corrente correspondentes à máxima energia podem ser referidas como a voltagem no ponto de energia máxima e a corrente no ponto de energia máxima. O ponto de energia máxima ocorre no joelho da curva de voltagem/corrente, em que dP/dV = 0. Tipicamente, este ponto ocorre em uma voltagem de saída da fonte fotovoltaica entre cerca de 0,76 até 0,82 da voltagem do circuito aberto da fonte fotovoltaica.

[00041] Se a energia proveniente da fonte de energia 18 mudar, a energia disponível a partir da fonte de energia variável 20 pode mudar. Se a energia proveniente da fonte de energia 18 for constante, a energia disponível a partir da fonte de energia variável 20 pode ser constante ou pode mudar. Em um exemplo, a fonte de energia variável é não linearmente responsiva à impedância da carga acoplada em si. Assim, embora a energia disponível possa ser constante, a energia transferida varia em função da impedância de carga, e a voltagem correspondente também pode variar. O termo “carga de impedância variável” é usado aqui para se referir a uma carga com uma impedância de entrada que varia em função de um fator controlável, de forma que a carga possa ser controlada para apresentar uma impedância alvo. Em um exemplo, a carga de impedância variável é um acionador do motor acoplado em um motor, e a impedância de carga é variada pela mudança da velocidade do motor. Em um exemplo, a impedância alvo é escolhida para fazer com que a fonte de energia variável opere no ponto de energia alvo. Da forma adicionalmente descrita a seguir em relação às FIGS. 8 e 9, a eficiência da conversão de energia do sistema é maximizada quando a fonte de energia variável operar no ponto de energia máxima e a energia da fonte de energia variável é eficientemente transferida para o conversor de energia e a carga de impedância variável. Vários esquemas de rastreamento do ponto de energia máxima são conhecidos para fazer com que a fonte de energia variável opere no ponto de energia máxima, ou próximo dele. O termo “ponto de energia alvo” é aqui usado para se referir ao alvo do esquema de rastreamento do ponto de energia máxima. Em um exemplo, o acionador do motor compreende um controlador que incorpora um esquema do ponto de energia máxima. O esquema do ponto de energia máxima determina se aumenta-se ou diminui-se a velocidade do motor para operar a fonte de energia variável em seu ponto de energia máxima mesmo que as condições ambientais e de carga mecânica variem durante o tempo. Devido às características do conversor de energia, o esquema do ponto de energia máxima pode controlar o ponto de energia máxima com base na voltagem e/ou na corrente recebidas a partir do conversor de energia em vez de a voltagem e corrente na fonte de energia variável. Desta maneira, cabos adicionais da fonte de energia variável até o acionador do motor não são necessários. Certamente, um controlador do ponto de energia máxima pode ser eletricamente acoplado no acionador do motor ou incorporado com o controlador do acionador do motor.

[00042] Em uma forma deste, o conversor de energia 30 compreende componentes que incluem um transformador de aumento com um enrolamento primário e um enrolamento secundário que definem uma razão de aumento, dois comutadores de energia controlados por um controlador de comutação e um circuito retificador acoplado através do enrolamento secundário. Os comutadores de energia têm dois contatos de energia e um nó de controle. O controlador de comutação é acoplado nos nós de controle para operar os comutadores de energia. O controlador de comutação faz com que os comutadores de energia induzam uma voltagem aumentada no enrolamento secundário. A voltagem induzida é retificada e a voltagem retificada aumentada é provida para terminais de saída 36, 38. Os componentes são selecionados de forma que a impedância da fonte de energia variável 20 seja refletida na carga de impedância variável 40 e a impedância da carga de impedância variável 40 seja refletida na fonte de energia variável 20 de uma maneira substancialmente ideal na qual um modelo de transformação do conversor é com base na razão de aumento do transformador. Em uma variação deste, o conversor de energia tem impedância substancialmente insignificante. Em uma outra variação deste, a impedância de saída do conversor de energia é, no máximo, 15 % da impedância da fonte de energia variável. Em um exemplo, a impedância de entrada do conversor de energia é, no máximo, 10 % da impedância da fonte de energia variável. Em uma variação adicional deste, a magnitude das correntes não ideais agregadas no lado primário do conversor de energia é menor que 15 % da magnitude da corrente que flui através dos seus terminais de entrada. Em um exemplo, a magnitude das correntes não ideais agregadas no lado primário do conversor de energia é menor que 10 % da magnitude da corrente que flui através dos seus terminais de entrada.

[00043] Em uma variação ainda adicional deste, o conversor de energia é desregulado. Por “desregulado” entende-se que o ciclo de trabalho dos comutadores de energia é independente da energia variável de entrada ou de saída, da voltagem ou da corrente na faixa de voltagem operacional do conversor de energia definida pela seleção de seus componentes. Em uma outra variação deste, o controlador de comutação opera independentemente da carga de impedância variável e da fonte de energia variável. Operação independente é alcançada pela definição do ciclo de trabalho dos comutadores de energia sem o benefício de um sinal separado ou externo da carga de impedância variável ou da fonte de energia variável. Da forma descrita adicionalmente a seguir, em algumas modalidades, o conversor de energia limita sua voltagem de saída se a voltagem de saída de outra forma exceder sua faixa de voltagem operacional, mas as funções de limitação de voltagem são realizadas sem o benefício de um sinal separado ou externo. Em um exemplo, cada um dos comutadores de energia é controlado para operar em um ciclo de trabalho máximo, que iguala 50 % menos o tempo de comutação. O tempo de comutação é, tipicamente, na ordem de microssegundos. O tempo de comutação inclui o tempo de transição de estado dos comutadores. O tempo de comutação também pode incluir um tempo morto curto introduzido para garantir que os comutadores não tenham prazos sobrepostos. Em um exemplo, o tempo morto curto é 1,0 microssegundo. Em um outro exemplo, o tempo morto curto é menor que 0,5 microssegundo. Em um exemplo adicional, o tempo morto curto é cerca de 0,15 microssegundo. Em um exemplo adicional, o ciclo de trabalho dos comutadores de energia é constante, na faixa operacional normal do conversor de energia. Os comutadores de energia podem ser comutados em uma frequência entre cerca de 20 KHz e 100 KHz para reduzir o tamanho dos capacitores de entrada e saída. Em um exemplo, o controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia em uma frequência entre cerca de 20 KHz e 50 KHz. Em um outro exemplo, o controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia em uma frequência entre cerca de 30 KHz e 50 KHz. Os capacitores de entrada e saída são selecionados de maneira tal que a impedância da fonte refletida represente uma versão escalonada das características de impedância da fonte de energia variável. A seleção de frequência e o tempo morto curto habilitam o uso de capacitores não eletrolíticos suficientemente grandes para uniformizar a carga na fonte de energia variável apenas por um tempo curto quando os comutadores não estiverem conduzindo corrente. Capacitores pequenos também aumentam a impedância de derivação que resulta em um conversor de energia mais ideal, que pode refletir a impedância da fonte de maneira tal que ela represente uma versão escalonada das características de impedância da fonte de energia variável. Desta maneira, um esquema de controle do ponto de energia máxima com base na voltagem de saída do conversor de energia controlará de acordo com o ponto de energia máxima da fonte de energia variável em vez do ponto de energia máxima da carga ou do conversor de energia.

[00044] Agora, em relação às FIGS. 2 e 3, diagramas esquemáticos de um transformador e um modelo de transformador são providos. Em relação à FIG. 2, é mostrado um transformador que recebe uma voltagem v que é aumentada para uma voltagem de saída VL = v N. Uma corrente IL = i/N flui através de uma carga ZL. Um modelo do transformador é mostrado na FIG. 3 para ilustrar que os enrolamentos primário e secundário do transformador têm impedância em série que inclui indutância e resistência Ll1, Rs1 e Ll2, Rs2, respectivamente. O modelo também inclui uma impedância de derivação representada pelas perdas do núcleo do transformador Rc e pela indutância de magnetização Lm. As impedâncias em série e de derivação são não ideais até o limite em que elas impactam a capacidade de refletir a impedância da fonte de energia variável na carga de impedância variável ou vice-versa. Um transformador, aplicável em qualquer um dos conversores aqui descritos, é configurado para maximizar a impedância de derivação e minimizar a impedância em série para minimizar correntes não ideais resultantes das impedâncias em série e de derivação. Em uma variação deste, o transformador compreende um enrolamento primário tarraxado no centro, as duas partes de enrolamento primário em cada lado da tarraxa enrolado em conjunto e compreendendo fio Litz trançado. Em um exemplo, as duas partes primárias são bifilarmente enrolados. O enrolamento secundário compreende fio trançado. Em um exemplo, cada parte de enrolamento primário compreende 7 voltas de fio de 16 tranças de 0,4 mm enquanto o enrolamento secundário compreende 83 voltas de fio de 3 tranças de 0,4 mm. Em um exemplo, o transformador núcleo compreende ferrita em grau de alta frequência de uma configuração E dupla sem folga de ar. Em um outro exemplo, um núcleo de ferrita toroidal é usado. O material e a configuração do núcleo são selecionados para minimizar perdas de ferro e otimizar a densidade energética em uma frequência de comutação selecionada. Em um exemplo, a frequência de comutação é cerca de 30 kHz. Frequências superiores ou inferiores podem ser selecionadas para corresponder ao desenho do núcleo e otimizar a operação do conversor.

[00045] Em relação às FIGS. 4 e 5, diagramas esquemáticos de modelos de reflexo de impedância são providos. Em relação à FIG. 4, um modelo de reflexo de carga de um transformador ideal é provido para ilustrar que, quando a impedância do transformador for insignificante, a impedância da carga refletida na fonte é representada por uma transformação que compreende, essencialmente, o inverso do quadrado da razão de aumento. Em relação à FIG. 5, um modelo de reflexo da fonte de um transformador ideal é provido. Assim, em um conversor que compreende um transformador com impedância em série insignificante e impedância de derivação substancial, os modelos da fonte de energia e da transformação de carga são simplificados pela seleção de componentes com magnitudes não substanciais em relação à carga e às impedâncias de fonte, de maneira tal que a carga e as impedâncias de fonte sejam substancialmente representadas por modelos de transformação com base, exclusivamente, na razão de aumento do transformador. A impedância do conversor é considerada relativamente não substancial quando ela for menor que 15 % da impedância da fonte.

[00046] Agora, em relação à FIG. 6, um diagrama esquemático de uma modalidade de um conversor de energia de acordo com a descrição, denotado pelo número 100, é provido. O conversor de energia 100 inclui terminais de entrada 102, 104, terminais de saída 106, 108, um transformador de aumento 110 com um enrolamento primário 116 e um enrolamento secundário 118 que definem uma razão de aumento, enrolamento primário 116 com dois condutores acoplados nas linhas 120, 122 e um nó intermediário 113 acoplado no terminal de entrada 102 pelo condutor 103. O enrolamento primário 116 é tarraxado no nó 113 para definir uma primeira parte de enrolamento primário 112 e uma segunda parte de enrolamento primário 114. Em um exemplo, o transformador é um transformador de ferrita em alta frequência. O conversor de energia 100 inclui dois comutadores de energia adicionais Q1, Q2 acoplados nos condutores 120, 122 e no terminal de entrada 104 e um controlador de comutação 140 que provê sinais de porta para os nós de controle dos comutadores de energia Q1, Q2 através dos resistores 136, 138 e das linhas 132, 134, respectivamente. Os sinais de porta acionam comutadores de energia Q1, Q2 em um modo alternado simétrico que resulta em uma voltagem alternada e transmissão de corrente no enrolamento secundário 118. Em um exemplo, os sinais de porta são ondas quadradas que são deslocadas no tempo para impedir condução simultânea pelos comutadores de energia Q1, Q2. Em um exemplo, os comutadores Q1, Q2 são transistores MOSFET.

[00047] Um capacitor C1 é conectado através dos terminais de entrada 102, 104 para compensar a indutância proveniente dos condutores 22, 24. O capacitor C1 é pequeno. De forma ideal, o capacitor C1 é insensível a extremos térmicos e ciclagem térmica, característica esta que aumenta a vida útil do conversor de energia em condições extremamente quentes. Em um exemplo, o capacitor C1 tem uma capacitância de até cerca de 10 μF e uma classificação de baixa voltagem de cerca de 50 volts. Em um outro exemplo, o capacitor C1 é não eletrolítico. Em um exemplo adicional, o capacitor C1 é um capacitor seco. Em um exemplo ainda adicional, o capacitor C1 tem uma capacitância de até cerca de 4,7 μF. Um circuito retificador 150 é acoplado através do enrolamento secundário 118.

[00048] A saída de CC positiva do circuito retificador 150 é acoplada pela linha 152 em um lado de um indutor L1. O outro lado do indutor L1 é acoplado no terminal de saída 106 pela linha 158. A saída de CC negativa do circuito retificador 150 é acoplada pela linha 154 no terminal de saída 108. Um capacitor C2 é acoplado através dos terminais 106, 108 que formam, juntamente com o indutor L1, um filtro de saída em alta frequência para eliminar por filtragem o ruído gerado pelas transições de estado dos comutadores de energia Q1, Q2. Em um exemplo, a frequência de comutação é selecionada para minimizar a reatância do filtro de saída. A frequência de comutação pode ser, por exemplo, maior que 20 KHz para evitar frequências audíveis e menores que 1 MHz para limitar estas perdas e efeitos do elemento parasítico que aumentam com a frequência. Frequências de comutação exemplares podem ser na faixa entre cerca de 20 KHz e 100 KHz. Em um exemplo, a frequência de comutação fica entre cerca de 20 KHz e 50 KHz. Em um outro exemplo, a frequência de comutação fica entre cerca de 30 KHz e 50 KHz. Em um outro exemplo, o indutor L1 tem uma indutância de até cerca de 30 μH e o capacitor C2 tem uma capacitância de até cerca de 10 μF. Em um exemplo adicional, L1 tem uma indutância de até cerca de 15 μH e o capacitor C2 tem uma capacitância de até cerca de 1 μF. Uma topologia simétrica é mostrada na FIG. 6, embora outras configurações possam ser empregadas. Topologias exemplares incluem avanço, retorno, ponte completa e semiponte.

[00049] Em uma variação deste, o controlador de comutação 140 compreende um circuito de oscilação. Em um exemplo, o circuito de oscilação compreende um circuito de oscilação integrado capaz de gerar dois sinais de onda quadrada em modo alternado. Circuitos de oscilação programáveis exemplares incluem um acionador de semiponte auto-oscilante IR2153 fabricado por International Rectifier Corp. e um sincronizador circuito integrado 555.

[00050] Em uma modalidade adicional, a transmissão de voltagem do enrolamento secundário é acoplada em terminais de saída 106, 108, e a retificação é provida, se necessário, por um circuito acoplado em terminais de saída 106, 108 externos para energizar o controlador 100. Em um exemplo, a carga compreende o circuito de retificação. A carga recebe a voltagem alternada transmitida a partir do conversor de energia e converte a voltagem alternada para voltagem de CC. Em uma modalidade ainda adicional, o conversor de energia é incorporado com a carga.

[00051] Em uma variação de conversor de energia 100 ilustrado esquematicamente na FIG. 7, um circuito de proteção de sobrevoltagem é provido. O circuito de proteção de sobrevoltagem desabilita o controlador de comutação 140 se a voltagem de saída exceder um valor limite. Em um exemplo, o valor limite é o limite superior da faixa de voltagem operacional do conversor de energia 100. Em um exemplo, o circuito de proteção de sobrevoltagem compreende um divisor de voltagem que inclui resistores R1 e R2, um diodo zener 168 em paralelo com o resistor R2, um circuito comparador 180 com histerese, tal como um gatilho Schmitt, que recebe uma indicação de voltagem de saída a partir do divisor de voltagem e uma referência de voltagem 172 que provê uma voltagem de referência correspondente ao valor limite. O circuito comparador 180 compara a indicação de voltagem de saída com a voltagem de referência da referência de voltagem 172 e muda seu estado de transmissão quando a indicação de voltagem de saída exceder o valor limite. A saída do circuito comparador 180 é conectada pelo resistor 182, pelo comutador 184 e pelo resistor 188 no controlador de comutação 140. Um capacitor 186 estabiliza a saída do comutador 184. Em um exemplo, quando a saída for habilitada, o comutador 184 desabilita o controlador de comutação 140. Em um outro exemplo, a voltagem de referência é definida para proteger o conversor quando o conversor de energia 100 estiver descarregado.

[00052] Em uma outra variação do conversor 100, os componentes do conversor são termicamente insensíveis em uma faixa de temperatura pré- definida. Em um exemplo, a faixa fica entre cerca de 20°C e 50°C. Em um outro exemplo, a faixa fica entre cerca de 10°C e 40°C. Em uma adicional deste, os componentes elétricos do conversor de energia são insensíveis a ciclagem térmica. Capacitores cerâmicos e outros capacitores não eletrolíticos são componentes insensíveis a ciclagem térmica exemplares.

[00053] Modalidades adicionais compreendem qualquer combinação adequada das supradescritas e seguintes variações. Em um exemplo, o conversor 100 compreende adicionalmente componentes termicamente insensíveis de reatância insignificante. Em um outro exemplo, o conversor 100 compreende componentes de impedância insignificante.

[00054] Um método de conversão da energia suprida por uma fonte de energia variável será agora descrito em relação a um fluxograma 200 representado na FIG. 8. O fluxograma 200 começa em 202, embora o método seja realizado, no geral, continuamente enquanto o conversor de energia 100 estiver operando. Em 202, energia variável proveniente de uma fonte de energia variável é suprida para um conversor desregulado. Em 204, uma voltagem variável da energia variável é aumentada e, em 206, energia convertida é suprida para uma carga de impedância variável. A energia convertida tem uma voltagem variável aumentada e uma correspondente corrente variável reduzida. Em um exemplo, a energia variável é convertida pelo conversor 100 configurado de acordo com qualquer uma das configurações, das variações e dos exemplos supradescritos, e quaisquer combinações adequadas destes. A topologia e os componentes do conversor refletem a impedância da fonte de energia variável na carga de impedância variável e vice-versa.

[00055] Em 220, a impedância variável da carga de impedância variável é controlada para fazer com que a fonte de energia variável aumente a energia variável suprida para o conversor desregulado. Diferentes circuitos de controle do ponto de energia máxima ou algoritmos lógicos são adequados para executar métodos de busca do ponto de energia máxima para corresponder a impedância da carga de impedância variável com a impedância característica da fonte de energia variável. Métodos exemplares incluem perturbar e observar (P&O), condutância incremental e voltagem constante, entre outros. O método P&O é um método “subida de encosta” no qual a impedância da carga é mudada ligeiramente para perturbar a voltagem da fonte de energia variável e determinar se a mudança está direcionalmente correta. Uma amostra de dP/dV é tomada e, se dP/dV for positivo, mudanças adicionais são feitas na mesma direção até que dP/dV fique negativo. No ponto de inflexão, ou joelho, energia está no máximo. O método de condutância incremental é um outro método subida de encosta no qual a condutância incremental dI/dV da fonte de energia é usada para computar dP/dV. A granularidade da perturbação pode ser selecionada para rastrear o ponto de energia máxima muito precisamente.

[00056] O método de voltagem constante beneficia-se da observação de que o ponto de energia máxima é substancialmente constante se condições ambientais também forem substancialmente constantes. Por exemplo, no caso de painéis fotovoltaicos, pode-se considerar que o ponto de energia máxima pode permanecer substancialmente constante por períodos que abarcam diversos minutos. O esquema do ponto de energia pode, portanto, definir o parâmetro de controle uma vez a cada período, potencialmente permutando pequenas eficiências por algoritmos de controle mais simples. No caso de painéis fotovoltaicos, o ponto de energia máxima é alcançado quando a voltagem da fonte de energia variável for entre cerca de 76 % e 82 % de sua voltagem do circuito aberto. No ponto de energia máxima, a voltagem da fonte de energia variável pode ser referida como a voltagem no ponto de energia máxima (VMPP). O ponto de energia alvo é, então, definido com base nesta observação, considerando as variações de processamento. A voltagem do circuito aberto (VOC) é obtida pelo descarregamento da fonte de energia variável. Já que a impedância da fonte de energia variável foi refletida na carga pelo conversor de energia de uma maneira substancialmente linear, uma voltagem do circuito aberto da carga VLOC é amostrada nos terminais de entrada da carga e uma voltagem no ponto de energia máxima da carga é computada, por exemplo, como VLMPP = 0,76 VLOC.

[00057] Em um exemplo de uma lógica de controle do ponto de energia máxima, a voltagem do circuito aberto da carga é medida enquanto a operação da carga estiver momentaneamente pausada. A aproximação difere da voltagem do circuito aberto da carga real pelo efeito do sistema de circuitos de controle e outros componentes que permanecem conectados mesmo quando a carga não for acionada. Quando a operação da carga reiniciar, a carga é operada para manter a voltagem no ponto de energia máxima da carga, que é uma fração da voltagem do circuito aberto da carga. O processo é repetido em intervalos periódicos selecionados para alcançar uma eficiência desejada. Como o ponto de energia máxima pode mudar durante cada intervalo, a eficiência pode melhorar à medida que os intervalos diminuem no tempo. Entretanto, à medida que os intervalos diminuem, mais pausas são exigidas. Uma carga exemplar inclui um acionador do motor de comutação que aciona um motor. Para medir a voltagem do circuito aberto da carga, o acionador do motor é pausado pela desativação dos comutadores do acionador do motor por tempo suficiente para medir a voltagem do circuito aberto da carga depois que o motor parar de rotacionar. O motor pode exigir alguns segundos para parar de rotacionar. O acionador do motor pode ser pausado a cada poucos minutos para medir VLOC. A lógica de controle do ponto de energia máxima pode determinar VLOC e VLMPP mais ou menos frequentemente, dependendo da eficiência desejada.

[00058] Em 220, a impedância da carga de impedância variável é mudada para aumentar a transmissão de energia pela fonte de energia variável. No método de voltagem constante, a impedância é mudada até que a voltagem nos terminais de entrada de carga, VL, fique quase igual a VLMPP. Se a carga for um acionador do motor e o motor for um motor de indução, a impedância é mudada pela mudança da frequência da voltagem fundamental do motor. Como os cálculos expostos demonstram, a utilização de um conversor da forma descrita na presente descrição simplifica o rastreamento do ponto de energia máxima pelo método de voltagem constante pela permissão do rastreamento do ponto de energia máxima com base na voltagem na carga em vez de na voltagem na fonte de energia variável.

[00059] Em uma modalidade ainda adicional de acordo com a descrição, o método supradescrito é implementado em um sistema de conversão de energia que compreende uma pluralidade de fontes de energia, uma pluralidade de conversores de energia como em qualquer uma das modalidades precedentes e uma carga que compreende um acionador do motor e um motor. Motores exemplares incluem motores CA e CC. Os conversores de energia são acoplados em paralelo para aumentar a corrente suprida pela pluralidade de fontes de energia e conversores de energia. O acionador do motor inclui um circuito de energia que converte a energia recebida a partir dos conversores de energia em uma forma adequada para o motor. O acionador do motor também inclui um controlador de energia que controla a operação do circuito de energia para realizar a conversão de energia.

[00060] Em uma forma deste, o circuito de energia compreende uma pluralidade de comutadores de energia controlados pelo controlador de energia de acordo com um esquema de modulação por largura de pulso conhecido. Em um exemplo, o acionador do motor opera de uma maneira substancialmente similar àquela de um acionador com frequência variável configurado para operar com energia de CA, mas modificado para aceitar energia de CC variável. Modificações exemplares incluem ajuste de sobrevoltagem e subvoltagem e limites de corrente configurados para proteger o acionador do motor. Modificações de hardware também são implementadas para conectar a energia de CC variável de entrada nos comutadores de energia. Em um exemplo, sistema de circuitos de energia de CA, tal como um circuito de retificação, é mantido no acionador do motor e sistema de circuitos adicional é provido para conectar o acionador do motor no sistema de circuitos de energia de CA no evento em que a fonte de energia variável não for capaz de prover energia suficiente para satisfazer a demanda ou para satisfazer a mínima exigência de voltagem do motor. Em uma forma deste, a transmissão de voltagem fundamental pelo circuito de energia tem uma frequência variável que varia linearmente com a magnitude da voltagem naquela que é conhecida como a curva volts - hertz. Em um exemplo no qual a carga compreende uma bomba de deslocamento positivo, o relacionamento volts - hertz é representado por uma equação de primeira ordem (por exemplo, relacionamento em linha reta). Em um outro exemplo, o relacionamento é representado por uma equação de segundo ordem (por exemplo, relacionamento quadrático). Em um exemplo adicional no qual a carga compreende uma bomba centrífuga, a frequência e a voltagem são relacionadas por um relacionamento quadrático. A mínima exigência de voltagem para um motor de indução com mancais lubrificados, tipicamente, corresponde a cerca de 20 Hertz. A mínima exigência de voltagem para um motor de indução com mancais rolantes, tipicamente, corresponde a cerca de 3 Hertz.

[00061] O controlador de energia é configurado para implementar um esquema de rastreamento do ponto de energia máxima. Desta maneira, ele ajusta a frequência da voltagem fundamental para fazer com que a velocidade do motor mude, o que faz com que a impedância do acionador do motor mude. A impedância mudada é refletida na fonte de energia variável, desse modo, mudando a transmissão de energia pela fonte de energia variável até que seu ponto de energia máxima seja alcançado nas condições atuais. Esquemas do ponto de energia máxima exemplares foram supradescritos e, também, em relação à FIG. 8. Desta maneira, a frequência é ajustada para fazer com que a fonte de energia variável opere no ponto de energia alvo definido pelo controlador de energia com base em um ponto de energia máxima computado ou determinado. Como a carga mecânica do motor pode variar durante a operação do sistema, o que será refletido como variação na corrente extraída pelo acionador do motor, o controlador de energia compensa a corrente aumentada pela redução da frequência da voltagem fundamental suprida para o motor para reduzir sua velocidade, desse modo, mantendo a correspondência de impedância.

[00062] Uma outra modalidade de acordo com a descrição será agora descrita em relação a um diagrama de blocos de um sistema de conversão de energia 400 mostrado na FIG. 9. O sistema de conversão de energia 400 compreende duas ou mais fontes de energia 20, dois ou mais conversores de energia 100 acoplados em nós do barramento 426 e 428 que são conectados por meio dos conectores 436 e 438 em um acionador do motor 402. O acionador do motor 402 é acoplado em um motor 430. Energia variável proveniente das fontes de energia 20 é convertida pelos conversores de energia 100 e subsequentemente provida através dos nós do barramento 426 e 428 para o acionador do motor 402, onde ela é adicionalmente convertida em uma forma adequada para operar o motor 430. O motor 430 é adaptado para acionar uma bomba 440 com um dispositivo de ligação mecânica 432. O acionador do motor 402 inclui um controlador de energia 408 e um circuito de energia 410. Um sensor 450 provê um sinal de demanda para energizar o controlador 408 se bombeamento for exigido. O controlador de energia 408 amostra voltagens e correntes provenientes do circuito de energia 410 através das linhas 412 e provê sinais de comutação para energizar o circuito 410 através das linhas 414. O circuito de energia 410 converte de acordo com os sinais de comutação, energia variável recebida a partir dos conversores de energia 100 e provê energia convertida para o motor 430 através das linhas de energia 420, 422 e 424.

[00063] Em uma variação deste, o motor 430 é um motor de indução ou um motor eletronicamente comutado (ECM). A carga do conversor de energia compreende o acionador do motor 402 e o motor 430, e os nós 426 e 428 representam um barramento de energia de CC. Em uma variação do método de rastreamento do ponto de energia máxima em voltagem constante, o barramento de energia de CC é descarregado pela desativação dos comutadores de energia do circuito de energia 410, assim, desabilitando a conversão de CC-CA. Depois que o motor parar devido à inércia mecânica, VL é amostrada para aproximar VLOC nos terminais de entrada do acionador do motor 402 e VLMPP é computada. O controlador de energia 408, então, aumenta ou diminui a velocidade do motor 430 até VL igualar VLMPP, em cujo tempo a impedância da carga corresponde substancialmente à impedância da fonte. Enquanto a velocidade do motor 430 muda, a energia transmitida suprida pelas fontes de energia 20 aumenta até o ponto de energia alvo ser alcançado. Depois que VL tiver sido amostrado, a comutação reinicia. Na presente modalidade, nenhum controle de voltagem ou energia é imposto pelos conversores 100 em sua faixa de voltagem operacional definida. Em um exemplo, limites de sobrevoltagem são impostos, mas apenas quando a voltagem de saída exceder a faixa de voltagem operacional. Devido à natureza transparente do conversor 100, a carga de impedância variável é capaz de alcançar controle do ponto de energia máxima da fonte de energia variável 20 de uma maneira efetiva sem amostrar a voltagem ou corrente da fonte de energia variável 20.

[00064] Em uma variação adicional, o conversor de energia 100 é anexado na fonte de energia variável 20. Os terminais de saída da fonte de energia variável 20 são conectados nos terminais de entrada 102, 104 para minimizar o comprimento e a indutância relacionada dos condutores 22, 24. Em um exemplo, a fonte de energia variável 20 é uma fonte fotovoltaica e o conversor de energia 100 é anexado no lado posterior da fonte fotovoltaica para proteger o conversor de energia 100 da radiação solar.

[00065] Uma fonte de energia variável foi descrita em relação a sua voltagem, que é aumentada por um conversor até um nível adequado para acionar uma carga. Em uma variação descrita em relação à FIG. 9, múltiplas fontes de energia e conversores são conectados em série, e os conversores são conectados em paralelo para formar um barramento de CC que é provido para um conversor de CC/CA para acionar uma carga. Em um exemplo, uma fonte de energia compreende uma sequência de 72 células fotovoltaicas conectadas em série. A voltagem através da sequência é provida para o conversor, onde ela é aumentada.

[00066] Em uma modalidade adicional de um sistema de conversão de energia de acordo com a descrição, uma única célula fotovoltaica é integrada com um conversor de energia para formar uma estrutura de uma única peça. Em um exemplo, a voltagem nominal da célula fotovoltaica é de cerca de 0,5 Vdc e o conversor de energia aumenta a voltagem nominal em um fator entre cerca de 600 e 1.000. Em um outro exemplo, o conversor de energia é um conversor de CC/CC que aumenta a voltagem nominal para entre cerca de 300 Vdc e 500 Vdc. Em um exemplo adicional, o conversor de energia compreende uma estrutura plana e é fixado na célula fotovoltaica para formar uma única estrutura. Em um ainda outro exemplo, a célula fotovoltaica e o conversor de energia são laminados em conjunto. Em uma outra versão destes, a célula fotovoltaica e o conversor de energia são montados em uma estrutura comum antes de serem laminados. Em um exemplo ainda adicional, a integração em uma única estrutura torna-se possível pela eliminação de componentes volumosos, tais como capacitores eletrolíticos, e pela redução das capacitâncias e indutâncias para valores insignificantes. Em uma outra variação do sistema de conversão de energia, uma pluralidade de estruturas em peça única são montadas em uma estrutura de suporte comum e conectadas em paralelo para formar uma fonte de energia integrada.

[00067] Embora esta invenção tenha sido descrita como tendo um desenho exemplar, a presente invenção pode ser adicionalmente modificada no espírito e no escopo desta descrição. Portanto, pretende-se que este pedido cubra todas as variações, usos ou adaptações da invenção que usam seus princípios gerais. Adicionalmente, pretende-se que este pedido cubra tais fugas da presente descrição que caiam na prática conhecida ou costumeira da tecnologia à qual esta invenção se refere.

Claims

1. Sistema de conversão de energia (10), compreendendo: um terminal de entrada (32, 34) adaptado para receber energia variável com uma voltagem de entrada a partir de uma fonte de energia variável (20) com uma impedância da fonte; um terminal de saída (36, 38) adaptado para prover energia convertida com uma voltagem de saída para uma carga de impedância variável, a carga de impedância variável recebendo uma voltagem de carga com base na voltagem de saída; um conversor de energia (100) que inclui um controlador de comutação (140), comutadores de energia (Q1, Q2) controlados pelo controlador de comutação, um transformador (110) acoplado nos comutadores de energia, um circuito de retificação (150) configurado para retificar uma saída de corrente alternada transmitida a partir do transformador, e capacitores de entrada e saída (Ci, C2), caracterizado pelo fato de que o controlador de comutação configurado para comutar os comutadores de energia de uma maneira desregulada alternada para aumentar a voltagem de entrada para a voltagem de saída, o conversor de energia configurado para refletir a impedância de fonte da fonte de energia variável na carga de impedância variável.

2. Sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia em uma frequência entre 20 kHz e 100 kHz para reduzir o tamanho dos capacitores de entrada e saída, e os capacitores de entrada e saída são selecionados de maneira tal que a impedância da fonte refletida represente uma versão escalonada das características da impedância da fonte de energia variável.

3. Sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um acionador do motor como a carga de impedância variável e uma lógica de controle do ponto de energia máxima adaptada para variar a velocidade de um motor acoplado no acionador do motor com base, pelo menos, na voltagem de carga para fazer com que a fonte de energia variável opere em um ponto de energia máxima, ou próximo dele.

4. Sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma bomba de fluido acoplada no motor, em que o sistema de conversão de energia é configurado para maximizar uma eficiência de bombeamento de fluido fazendo com que a fonte de energia variável opere no ponto de energia alvo.

5. Sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o conversor de energia tem uma impedância de saída que é de até cerca de 10 % da impedância da fonte quando o acionador do motor operar no ponto de energia alvo.

6. Sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma célula fotovoltaica como fonte de energia variável, em que que o conversor de energia é integrado com o painel solar para formar uma estrutura de uma única peça.

7. Sistema de conversão de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia em uma frequência que é independente da carga de impedância variável e da fonte de energia variável.

8. Sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia em um modo alternado simétrico em um ciclo de trabalho máximo.

9. Sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conversor de energia é desprovido de capacitores eletrolíticos.

10. Método de operação de um sistema de conversão de energia, caracterizado pelo fato de que o método compreende: receber uma energia variável com uma voltagem de entrada a partir de uma fonte de energia variável com uma impedância da fonte; converter a energia variável para uma energia convertida pelo aumento da voltagem de entrada para uma voltagem de saída com um conversor de energia; receber, por uma carga de impedância variável, uma voltagem de carga com base na voltagem de saída; e refletir a impedância da fonte na carga de impedância variável com o conversor de energia.

11. Método de operação de um sistema de conversão de energia como definido na reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o conversor de energia inclui um controlador de comutação, comutadores de energia controlados pelo controlador de comutação, um transformador acoplado nos comutadores de energia, um circuito de retificação configurado para retificar uma corrente alternada transmitida a partir do transformador e capacitores de entrada e saída, o controlador de comutação configurado para comutar os comutadores de energia de uma maneira desregulada alternada para aumentar a voltagem de entrada para a voltagem de saída.

12. Método de operação de um sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o controlador de comutação é configurado para comutar os comutadores de energia em uma frequência entre 20 kHz e 100 kHz para reduzir o tamanho dos capacitores de entrada e saída, e os capacitores de entrada e saída são selecionados de maneira tal que a impedância da fonte refletida represente uma versão escalonada das características da impedância da fonte de energia variável.

13. Método de operação de um sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: operar os comutadores de energia em uma frequência que é independente da carga de impedância variável e da fonte de energia variável.

14. Método de operação de um sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: operar os comutadores de energia em um modo alternado simétrico em um ciclo de trabalho máximo.

15. Método de operação de um sistema de conversão de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: variar, com base na voltagem de carga, a velocidade de um motor acoplado na carga de impedância variável para operar a fonte de energia variável em um ponto de energia alvo correspondente a um ponto de energia máxima da fonte de energia variável.