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LUCIANO MARCELO LUCENA DA SILVA
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ANÁLISE DE TÉCNICAS DE CONTROLE PARA PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO VERDE COM ENERGIA FOTOVOLTAICA
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Orientador : JULIO INACIO HOLANDA TAVARES NETO
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MEMBROS DA BANCA :
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DAVY DE MEDEIROS BAIA
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JULIO INACIO HOLANDA TAVARES NETO
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LEONARDO FAUSTINO LACERDA DE SOUZA
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MARCIO HENRIQUE DOS SANTOS ANDRADE
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Data: 14/07/2026
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Mostrar Resumo
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A dissertação tem como finalidade desenvolver e implementar um sistema de controle PID
aplicado a um conversor CC‐CC do tipo Buck, destinado ao fornecimento estável de energia
elétrica em corrente contínua para uma célula eletrolítica alimentada por módulos fotovoltaicos,
garantindo a produção contínua de hidrogênio verde mesmo diante das variações inerentes à
geração fotovoltaica. O percurso metodológico inclui a modelagem completa do arranjo
fotovoltaico, do conversor e da célula eletrolítica no ambiente Simulink do MATLAB R2026a,
no qual são implementados diferentes controladores clássicos (P, I, PI, PD, PID e suas
variações) avaliados quanto ao desempenho transitório, à robustez e à rejeição a distúrbios. Para
cada controlador, obtêm-se parâmetros de sintonia, curvas de reação a degrau e métricas de
desempenho, como tempo de acomodação, sobressinal, erro em regime permanente e
sensibilidade a perturbações. Os resultados demonstram que controladores simples, como P e
I, apresentam limitações significativas, seja pela incapacidade de eliminar o erro estacionário,
seja pela lentidão excessiva da resposta. Controladores compostos, como PI e PID, exibem
desempenho superior, mas ainda são sensíveis a variações abruptas na entrada. As
configurações avançadas, especialmente o controlador I‐PDF, mostram-se mais eficazes na
estabilização da tensão e da corrente fornecidas à célula eletrolítica, apresentando melhor
desempenho diante dos distúrbios, maior rejeição às variações de irradiância e maior robustez
diante das não linearidades do processo. As simulações finais confirmam que o controlador
I‐PDF proporciona o melhor compromisso entre desempenho dinâmico, apresentando um
tempo de acomodação de 3 ms e uma robustez ideal, apresentando valor igual a 1, garantindo
estabilidade mesmo em cenários de sombreamento parcial ou de flutuações rápidas da geração
fotovoltaica. Conclui-se que a aplicação de técnicas de controle avançado em conversores
CC‐CC é essencial para viabilizar sistemas de produção de hidrogênio verde alimentados
diretamente pela energia solar, assegurando operação eficiente, segura e contínua, além de abrir
caminho para futuras otimizações e implementações em sistemas reais.
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Mostrar Abstract
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The purpose of this dissertation is to develop and implement a PID control system applied to a
DC–DC Buck converter, intended to provide a stable direct-current power supply to an
electrolytic cell powered by photovoltaic modules, thereby ensuring continuous green hydrogen
production despite the inherent variability of photovoltaic generation. The methodological
approach includes the comprehensive modeling of the photovoltaic array, the converter, and
the electrolytic cell within the MATLAB R2026a Simulink environment, where various
classical controllers (P, I, PI, PD, PID, and their variants) are implemented and evaluated in
terms of transient performance, robustness, and disturbance rejection. For each controller,
tuning parameters, step-response curves, and performance metrics—such as settling time,
overshoot, steady-state error, and sensitivity to disturbances—are obtained. The results
demonstrate that simple controllers, such as P and I, exhibit significant limitations, either due
to their inability to eliminate steady-state error or due to excessively slow response dynamics.
Composite controllers, such as PI and PID, show improved performance but remain sensitive
to abrupt input variations. Advanced configurations, particularly the I-PDF controller, prove to
be more effective in stabilizing the voltage and current supplied to the electrolytic cell,
exhibiting superior disturbance rejection, increased immunity to irradiance variations, and
enhanced robustness against process nonlinearities. Final simulations confirm that the I-PDF
controller provides the best trade-off between dynamic performance, achieving a settling time
of 3 ms and an optimal robustness index equal to 1, ensuring system stability even under partial
shading conditions or rapid fluctuations in photovoltaic generation. It is concluded that the
application of advanced control techniques in DC–DC converters is essential to enable green
hydrogen production systems directly powered by solar energy, ensuring efficient, safe, and
continuous operation, while paving the way for future optimizations and real-world
implementations.
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