Energy consumption has increased drastically during the last century. Currently, the worldwide energy consumption is about 17.4 TW and is predicted to reach 25 TW by 2035. Solar energy has emerged as one of the potential renewable energy sources. Since its first physical recognition in 1887 by Adams and Day till nowadays, research in solar energy is continuously developing. This has lead to many achievements and milestones that introduced it as one of the most reliable and sustainable energy sources. Recently, the International Energy Agency declared that solar energy is predicted to be one of the major electricity production energy sources by 2035. Enhancing the efficiency and lifecycle of photovoltaic (PV) modules leads to significant cost reduction. Reducing the temperature of the PV module improves its efficiency and enhances its lifecycle. To better understand the PV module performance, it is important to study the interaction between the output power and the temperature. A model that is capable of predicting the PV module temperature and its effects on the output power considering the individual contribution of the solar spectrum wavelengths significantly advances the PV module designs toward higher efficiency. In this work, a thermoelectrical model is developed to predict the effects of the solar spectrum wavelengths on the PV module performance. The model is characterized and validated under real meteorological conditions where experimental temperature and output power of the PV module measurements are shown to agree with the predicted results. The model is used to validate the concept of active optical filtering. Since this model is wavelength-based, it is used to design an active optical filter for PV applications. Applying this filter to the PV module is expected to increase the output power of the module by filtering the spectrum wavelengths. The active filter performance is optimized, where different cutoff wavelengths are used to maximize the module output power. It is predicted that if the optimized active optical filter is applied to the PV module, the module efficiency is predicted to increase by about 1%. Different technologies are considered for physical implementation of the active optical filter.

Este trabalho buscou entender a situação da atividade de fabricação de módulos fotovoltaicos no Brasil com o objetivo de avaliar a possibilidade de estimular a indústria nacional e o uso dessa fonte alternativa mais acentuadamente. Para tanto, foi necessário analisar os benefícios energéticos e econômicos da cadeia de produção, além de entender o estado da arte atual de todo o processo. É um ramo industrial que está sendo implantado no Brasil e este estudo teve como objetivo obter informações relevantes dos problemas e facilidades que os empreendedores enfrentam, e quais são os custos e benefícios à sociedade em geral, inclusive para obtenção dos sistemas fotovoltaicos pelo consumidor final. O trabalho contém uma avaliação do estado da produção e utilização dos sistemas de energia solar fotovoltaica no mundo e o que ocorre no Brasil. Buscou-se conhecer as possíveis, e/ou mais relevantes, ações regulatórias e iniciativas da área privada para viabilizar este ramo industrial. São considerados os impactos da atividade em pauta, procurando mostrar as relações de custo-benefício em projetos de geração centralizada (Leilões de Energia de Reserva) e de geração distribuída. / This study aims to understand the status of the manufacturing activity of photovoltaic modules in Brazil to evaluate the possibility of stimulating the local production and its widespread use. It was necessary to evaluate the energetic and economic benefits of the production chain. In addition, the study focused the understanding of the current state of the art of the whole process. Photovoltaic solar energy is an industrial branch recently receiving impulse in Brazil. This study aims to obtain relevant information about the difficulties faced by the entrepreneurs and the benefits and costs to the society. The study assess the state of the production and use of solar PV systems in the world and what happens in Brazil. At this study, we sought to understand what are the possible, and/or more relevant, regulatory actions and private area initiatives to enable this industrial branch and its diffusion to the final consumers. The impacts of the related activity are considered, trying to show the cost-benefit relationship in centralized generation projects (Reserve Energy Auctions) and distributed generation.

A partir do processo de implantação dos sistemas fotovoltaicos SIGFI 13 na comunidade do Varadouro, isolada na floresta tropical do litoral sul do Estado de São Paulo, este trabalho identificou e caracterizou os principais entraves para difusão e adoção dos mesmos, com vistas ao desenvolvimento local e à melhoria da qualidade de vida. A fundamentação se baseia em referências teóricas sobre temas como comunidades tradicionais, exclusão social, atendimento de serviços públicos, dificuldade de implementação de projetos em comunidades isoladas e no relato da prática de experiências semelhantes em outros países. O método utilizado para pesquisa na comunidade foi o estudo de caso, que constou de revisões bibliográficas sobre trabalhos na região, visitas a campo e entrevistas com atores que trabalham na área. Os dados coletados foram analisados em uma abordagem voltada a compreender: a existência de barreiras no processo de implementação dos sistemas; os aspectos a considerar na superação dessas barreiras; e fatores positivos resultantes da implementação de tecnologia nessa comunidade tradicional. Os novos sistemas mostraram-se importantes e capazes de gerar sentimento de inclusão. Alguns usuários reclamam de não poder usar geladeira, sem, contudo, perder interesse pelo sistema disponível. A principal barreira diz respeito à falta de capacidade de organização dos moradores em prol de um objetivo comum e coletivo. Para a comunidade se desenvolver, não basta o acesso à energia. É preciso que sejam supridas suas necessidades básicas, tais como, saneamento básico, educação, saúde, transporte e acesso à comunicação, que são responsabilidade de Estado. Esta pesquisa conclui que o processo social de eletrificação rural através de tecnologia fotovoltaica é uma iniciativa que trás inovações que precisam ser adotadas e socializadas, e sua difusão deve levar em consideração a vivência coletiva dos moradores de cada comunidade. / Starting from the implementation process of the SIGFI 13 photovoltaic systems in the community of Varadouro, isolated in the rain forest in the Southern coast of São Paulo State, the objective of this work was to identify and characterize the main barriers to extending and adopting these systems, aiming at local development and life quality improvement. Foundation is grounded on theoretical references about themes such as traditional communities, social exclusion, public service assistance, project implementation difficulties in isolated communities, and on reports about similar practices in other countries. The method used was that of study of case, which consisted of bibliographic reviews on works in the region, field visits, and interviews with the people involved who work in the area. The data collected were analyzed according to an approach aiming at understanding: the existence of obstacles in the process of system implementation; the aspects to be considered when overcoming these barriers; and the positive factors arisen from the technology implementation in this traditional community. The new systems showed to be important and capable of generating a feeling of inclusion. Some users complain about not being able to use a refrigerator, without losing interest in the available system, though. The main hurdle concerns the locals lack of organization skills in favor of a collective and joint objective. The community development requires more than the access to energy itself. Their basic needs, such as sanitation, education, health, transport and access to communication which are the States responsibility -, must be provided. This research has come to the conclusion that the social process of rural electrification by photovoltaic technology is an initiative that brings up innovations which must be adopted and socialized, and its extension should take into account the collective locals life experience of each community.

A partir do processo de implantação dos sistemas fotovoltaicos SIGFI 13 na comunidade do Varadouro, isolada na floresta tropical do litoral sul do Estado de São Paulo, este trabalho identificou e caracterizou os principais entraves para difusão e adoção dos mesmos, com vistas ao desenvolvimento local e à melhoria da qualidade de vida. A fundamentação se baseia em referências teóricas sobre temas como comunidades tradicionais, exclusão social, atendimento de serviços públicos, dificuldade de implementação de projetos em comunidades isoladas e no relato da prática de experiências semelhantes em outros países. O método utilizado para pesquisa na comunidade foi o estudo de caso, que constou de revisões bibliográficas sobre trabalhos na região, visitas a campo e entrevistas com atores que trabalham na área. Os dados coletados foram analisados em uma abordagem voltada a compreender: a existência de barreiras no processo de implementação dos sistemas; os aspectos a considerar na superação dessas barreiras; e fatores positivos resultantes da implementação de tecnologia nessa comunidade tradicional. Os novos sistemas mostraram-se importantes e capazes de gerar sentimento de inclusão. Alguns usuários reclamam de não poder usar geladeira, sem, contudo, perder interesse pelo sistema disponível. A principal barreira diz respeito à falta de capacidade de organização dos moradores em prol de um objetivo comum e coletivo. Para a comunidade se desenvolver, não basta o acesso à energia. É preciso que sejam supridas suas necessidades básicas, tais como, saneamento básico, educação, saúde, transporte e acesso à comunicação, que são responsabilidade de Estado. Esta pesquisa conclui que o processo social de eletrificação rural através de tecnologia fotovoltaica é uma iniciativa que trás inovações que precisam ser adotadas e socializadas, e sua difusão deve levar em consideração a vivência coletiva dos moradores de cada comunidade. / Starting from the implementation process of the SIGFI 13 photovoltaic systems in the community of Varadouro, isolated in the rain forest in the Southern coast of São Paulo State, the objective of this work was to identify and characterize the main barriers to extending and adopting these systems, aiming at local development and life quality improvement. Foundation is grounded on theoretical references about themes such as traditional communities, social exclusion, public service assistance, project implementation difficulties in isolated communities, and on reports about similar practices in other countries. The method used was that of study of case, which consisted of bibliographic reviews on works in the region, field visits, and interviews with the people involved who work in the area. The data collected were analyzed according to an approach aiming at understanding: the existence of obstacles in the process of system implementation; the aspects to be considered when overcoming these barriers; and the positive factors arisen from the technology implementation in this traditional community. The new systems showed to be important and capable of generating a feeling of inclusion. Some users complain about not being able to use a refrigerator, without losing interest in the available system, though. The main hurdle concerns the locals lack of organization skills in favor of a collective and joint objective. The community development requires more than the access to energy itself. Their basic needs, such as sanitation, education, health, transport and access to communication which are the States responsibility -, must be provided. This research has come to the conclusion that the social process of rural electrification by photovoltaic technology is an initiative that brings up innovations which must be adopted and socialized, and its extension should take into account the collective locals life experience of each community.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-08-04T17:48:21Z No. of bitstreams: 1 Genyr Kappler_.pdf: 7040737 bytes, checksum: b8f3c862e305815a08af95dead0bbfd5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-04T17:48:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Genyr Kappler_.pdf: 7040737 bytes, checksum: b8f3c862e305815a08af95dead0bbfd5 (MD5) Previous issue date: 2016-04-22 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / FAPERGS - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul / A energia é considerada a espinha dorsal da economia moderna, e seu consumo se intensifica nas sociedades emergentes a medida que sua qualidade de vida melhora. O atual cenário energético global indica que as fontes convencionais de energia estão se esgotando, evidenciando a importância em se explorar e viabilizar fontes renováveis para suprir a demanda futura. A climatização de ambientes é responsável por uma grande parcela deste consumo de energia, e sistemas bioclimáticos, que utilizam a geotermia e a energia solar fotovoltaica, são alternativas adequadas e ainda pouco explorada para suprimir a necessidade do uso de condicionadores de ar. O solo tem, em certa profundidade, temperatura equivalente à temperatura média anual local. Várias iniciativas têm buscado fazer uso deste recurso através do sistema de troca térmica por dutos enterrados, onde o fluido de troca térmica é o ar, e mais recentemente surgiram estudos com o uso da água como fluido de troca térmica. Neste trabalho é apresentada uma análise experimental que avalia o desempenho de um sistema terra-água-ar, alimentado por energia solar fotovoltaica, para climatização de edificações. O sistema proposto utiliza a estabilidade térmica do solo pelo uso de um reservatório de água (WT) em certa profundidade, que opera como fonte ou dissipador de energia térmica reduzindo a variação da temperatura no interior das edifícações. Um protótipo foi construído e é essencialmente constituído por: um ambiente climatizado (AC) com volume de 0,6 m3, um fan coil; um reservatório (WT) com volume de 0,38 m3, com o fundo enterrado a 2 m abaixo da superfície do solo; e, uma bomba de água. Verificou-se que o sistema proposto manteve a sua temperatura constante e em conformidade com a norma ASHRAE 55 2004 para ambientes naturalmente condicionados, com a temperatura no AC em torno de 23,6 ℃ enquanto a temperatura do ar ambiente variou de 18,8 °C a 29,4 °C, sendo que a temperatura do solo era 21 °C. Para uma taxa de 119 W de calor adicionado no AC, a taxa de remoção de calor no fan coil foi de 98,6 W. Com base nos dados experimentais, o sistema foi validado e a profundidade e tamanho ideais do reservatório de água foram determinados para uma aplicação em escala real. Para o local experimentado foi determinada que a profundidade ideal, com o solo na temperatura constante equivalente a média anual de 18 °C, é entre 6 e 9 m. Um sistema de geração de energia elétrica fotovoltaica foi proposto para alimentar o sistema experimental terra -água-ar. / Energy is considered the backbone of the modern economy and its consumption intensifies in emerging societies as their quality of life improves. The current global energy scenario indicates that conventional energy resources are depleting, highlighting the importance of exploring and enable renewable resources to meet future energy demand. Buildings’ HVAC is responsible for a large portion of domestic energy consumption, and bioclimatic systems, that use geothermal energy and solar photovoltaic, are suitable and still little explored alternatives to eliminate the need for the use of air conditioners. The temperature of soil at a certain depth is equivalent to the local average yearly temperature. Various initiatives have sought to make use of this resource through Earth-Air-Heat-Exchange system, where the fluid used for heat transfer is air, and only recently emerged studies making use of water as a heat transfer fluid. This paper presents an experimental analysis that evaluates the performance of an earth-water-air system powered by photovoltaic solar energy, for conditioning the air of buildings. The proposed system uses the thermal stability of the soil, through the use of a water tank (WT) at a certain depth, which operates as a source or sink for thermal energy thus reducing the temperature variation inside the buildings. A prototype was built and is essentially made up of an air-conditioned environment (AC) with 0.6 m3 volume, one fan coil, a reservoir (WT) with a volume of 0.38 m3, buried with the bottom at 2 m below the ground surface, and a water pump. It was found that the proposed system has kept AC's temperature constant and in agreement with ASHRAE Standard 55 2004 for naturally conditioned environment, with the temperature around 23.6 ℃. The ambient air temperature varied from 18.8 °C to 29.4 °C and the soil temperature was 21 °C. For a 119 W incoming heat rate on the AC, the heat removal rate in the fan coil was 98.6 W. Based on the experimental data, the system has been validated and the optimal depth and size of the water reservoir were determined for an application in real scale. For the analysed site it was determined that the optimum depth to reach the soil at a constant temperature equivalent to the yearly average of 18 °C is between 6 to 9 m. A photovoltaic power generation system is proposed for the earth-water-air experimental system.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-09-21T13:59:53Z No. of bitstreams: 1 Juci José de Paula_.pdf: 8768993 bytes, checksum: 367b45dfb9f603b93805a677e010f61d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T13:59:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juci José de Paula_.pdf: 8768993 bytes, checksum: 367b45dfb9f603b93805a677e010f61d (MD5) Previous issue date: 2016-07-15 / Nenhuma / Em países como Alemanha, Japão, Estados Unidos e China a geração fotovoltaica ocupa lugar de destaque entre suas principais fontes geradoras de energia elétrica. No Brasil a geração fotovoltaica está sendo timidamente introduzida, contudo, ainda, não se destaca como fonte de energia elétrica em sua matriz elétrica. Há evidências de que a inércia, em seu desenvolvimento, está relacionada a barreiras econômicas, regulatórias, institucionais e de mercado. No intuito de encontrar os fatores que impedem sua difusão no estado do Tocantins, este trabalho busca através de um estudo de caso com a aplicação do método do pensamento sistêmico, gerar conhecimento sobre as principais barreiras ao uso desta fonte, objetivando atender à crescente demanda por energia elétrica e possibilitando uma popularização das fontes renováveis. Na primeira fase gerou-se um entendimento melhor sobre o tema pesquisado. Após, realizou-se entrevistas com especialistas que proporcionaram o entendimento da atual situação da difusão de sistemas fotovoltaicos no estado, confirmando a existências de barreiras e criando base para elaboração de miniestruturas sistêmicas que, posteriormente, foram consolidadas em uma única estrutura apresentando os dados encontrados. Os resultados obtidos apresentaram os problemas enfrentados pela geração distribuída fotovoltaica no estado, confirmando a existência de barreiras econômicas, institucionais, de mercado e outras, que atrapalham a difusão desta fonte. Ao final, foram propostas ações que eliminam ou minimizam estas barreiras. / In countries like Germany, Japan, the United States and China, the photovoltaic power generation occupies a prominent place among their main electric energy generating source. In Brazil, the photovoltaic power generation is being timidly introduced. However, it does not stand out as an electric power source in its energetic matrix. There are evidences that its development inertia is related to economic, regulatory, institutional and market barriers. In an attempt to find the factors that prevent its dissemination in the State of Tocantins, this research seeks to engender knowledge about the main hindrances to the use of that source, through a case study, with the application of the systemic thinking method. It aims to meet the increasing demand of electric power and making it possible a popularization of the renewable sources. In the first phase, a better understanding of the studied topic was carried out. Thereupon, some interviews with specialists were performed. They provided the comprehension of the current situation of the photovoltaic systems diffusion in the state, thus confirming the existence of obstacles and creating a basis for the preparation of systemic mini structures that, subsequently, were consolidated into a single structure, presenting the data encountered. The obtained results demonstrated the problems confronted by the distributed photovoltaic generation in the state, reaffirming the existence of economic, institutional and market barriers among others, what obstruct the spreading of that source. Actions to eliminate or minimize those obstacles were proposed.

This Master's Dissertation aims to compare two topologies of AC Module converters, applied in photovoltaic systems. The principles of operation, the characteristic equations, the parameters found are detailed for both topologies, while their transfer functions are analyzed in order to present optimized controllers. Commercial components are determined for the real system simulation, based on the same criteria for both AC Modules. The analysis of the energy injected in the grid by each topology and their respective cost with active components provides a quality index that allows a fair comparison between them and determining which topology provides superior performance on the conditions of this study. Through this index is observed that the efficiency of the converter Full-Bridge ZVS Phase Shift AC Module is superior. Experimental results of the converter are presented validating the theoretical analysis and the operation of the topology. The application of this topology is on photovoltaic systems and enables the use of these systems at small scales and with great potential for expansion. The use of photovoltaic energy is of utmost importance in the global scenario, where the search for renewable energy grows exponentially. / Esta Dissertação de Mestrado tem como objetivo a comparação entre duas topologias de conversores Módulo CA, aplicados em sistemas fotovoltaicos. Os princípios de funcionamento, as equações características e os parâmetros encontrados são detalhados para as duas topologias. São especificados componentes comerciais para a simulação do sistema, baseando-se no critério apresentado para ambos os Módulos CA. A análise da energia injetada na rede para cada topologia e o levantamento do custo com componentes ativos proporciona a criação de um índice de qualidade. Este índice permite a comparação entre elas e a determinação de qual topologia apresenta maior injeção de energia na rede com o menor investimento em componentes ativos. Através desse índice se observa que em simulação o rendimento do conversor Full-Bridge ZVS Phase Shift Módulo CA é superior. Resultados experimentais do conversor são apresentados para validar as análises teóricas e o funcionamento da topologia. A aplicação da topologia é voltada para sistemas fotovoltaicos de baixa potência e possibilita a utilização destes sistemas em pequena escala e com grande possibilidade de expansão.

[pt] Em consonância com a expansão do aproveitamento fotovoltaico no mundo, o presente trabalho busca fomentar o conhecimento do nascente mercado desta fonte energética no país. É feita uma avaliação da viabilidade econômico-financeira de sistemas de geração fotovoltaica distribuída para grandes clientes da concessionária Light, a partir da estimação do preço de um sistema de médio/grande porte assim como do retorno financeiro do mesmo ao ser submetido à análises de sensibilidade envolvendo múltiplos cenários. A análise considerou estimativas relacionadas às seguintes figuras de mérito: valor presente líquido, taxa interna interna de retorno e payback. Considerando a taxa de câmbio média encontrada no primeiro semestre de 2015 (3,30Real/euro/dólar), foi observada uma majoritária condição de viabilidade dentre os 12 cenários propostos, que levaram em conta várias combinações de taxas de inflação, taxas de desconto e adoção ou não de crédito para financiamento do investimento inicial. Posteriormente, aplicou-se a mesma análise de viabilidade econômico-financeira desenvolvida a um cliente real da concessionária (Edifício do Ministério da Fazenda). Foi realizada a modelagem 3D da edificação e a verificação do sombreamento decorrente dos próprios elementos construtivos da cobertura e dos edifícios relevantes em seu entorno. Após estimada a geração de energia fotovoltaica anual pode-se, por aproximação, concluir que a mesma seria capaz de prover 11,68 por cento da necessidade anual do edifício. Projetando-se a geração futura de energia para toda a vida útil do sistema, foi possível analisar financeiramente a viabilidade do projeto segundo os mesmos 12 cenários definidos anteriormente, tendo a situação de viabilidade ocorrido em 9 deles. / [en] The last years showed an exponential growth in the use of photovoltaics in the world. The worldwide installed capacity of 23 GW in 2009 reached the expressive mark of 139 GW in 2013, being the European continent the holder of the largest portion of it (59 per cent or 81 GW). The most recent estimates describe a still small market in Brazil, with only 20 MW of installed capacity (EPE, 2014a) and mostly located in remote areas not covered by the interconnected system. Nevertheless, the growth potential of the domestic market is promising, greater even than that presented by the leaders in the use of this source. Based on the inherent natural advantages that the country possesses (such as high levels of solar radiation), it s safe to say that the photovoltaic power generation can be an important driver to increase the participation of renewable sources and the security of our energy matrix. In fact, this movement was already anticipated by planners of the electric sector. The Power Expansion Plan with 2024 horizon, prepared by the Energy Research Company (EPE), was published in december 2015 (EPE, 2015b). Among the main projections of the plan is the increase of the installed capacity of power generation in 73.000 MW. Half of this expansion is based on renewable sources (wind, solar, biomass and small hydropower plants), and 7.000 MW exclusively from photovoltaic generation. In this context, this dissertation seeks to contribute to the deepening of the studies devoted to the nascent national photovoltaic market, covering in particular the Estate of Rio de Janeiro. The objective is to evaluate the economic feasibility of photovoltaic distributed generation systems for large customers of the distribution utility Light, estimating not only the price of a photovoltaic system of medium/large size but also the financial return and sensitivity analysis contemplating multiple scenarios.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study and analysis of photovoltaic systems subject to partial shading, where the main consequence is the reduction of its energy production. To mitigate this problem, it is proposed a new photovoltaic architecture known as hybrid architecture. In this architecture, the system is separated into arrays that can be partially or completely shaded with other arrays that are not shaded. The partially shaded modules are connected in parallel to maximize its energy production, while unshaded ones are connected in series. A dc-dc converter is used with the array with the modules subject to partial shading for maximum power extraction of this array, to match the operating voltage of both arrays, and to ensure that during its operation, the unshaded array operates in maximum power point. Additionally, it is presented the small signal modeling of the dc-dc converter through the generalized modeling technique, with the inclusion of the dynamic of a photovoltaic array through an equivalent approximate model by a voltage source with a series resistance, and linearized for different curve points of the photovoltaic module. The proposed control system for this converter uses a controller based on the internal model principle, as the resonant one, whose objective is, besides eliminating the low frequency ripple at the input of photovoltaic module to reduce the losses of the maximum power point tracking algorithm, also reduce the dc-bus capacitance in dual-stage photovoltaic inverters. Shaded photovoltaic systems present higher complexity to predict its energy production. This is because there are different configurations to connect photovoltaic modules among each other, which results in different values of generated power. Consequently, a general methodology of energy production forecast that uses only the shaded area of the modules as a factor of analysis can be imprecise. Based on this, a new methodology for energy production forecast in partially shaded photovoltaic systems is presented. The proposed method consists in identifying the shaded modules in each time, to quantify the hourly irradiation incident on all modules, analyze the electrical configuration of the array and, from that, calculate the produced energy. At the end are presented simulation and experimental results that validate the use of hybrid architecture in photovoltaic systems that present partial shading conditions. / Este trabalho apresenta um estudo e análise de sistemas fotovoltaicos que apresentam redução da produção de energia devido ao sombreamento parcial em módulos fotovoltaicos. Para mitigar este problema, é proposta uma nova arquitetura de sistemas fotovoltaicos denominada arquitetura híbrida. Nessa arquitetura, o sistema é separado em um arranjo de módulos que podem ser parcialmente ou totalmente sombreados e outro com módulos não-sombreados. Os módulos do arranjo passíveis de sombreamento são conectados em paralelo entre si para se maximizar sua produção de energia, enquanto que os módulos não-sombreados são arranjados em série. Um conversor CC-CC é empregado junto ao arranjo dos módulos passíveis de sombreamento para extração da máxima potência desse arranjo, para compatibilizar a tensão de operação dos dois arranjos, e para garantir que durante a operação conjunta, o arranjo que nunca é sombreado opere no ponto de máxima potência. Adicionalmente, obtém-se a modelagem de pequenos sinais do conversor CC-CC através da modelagem generalizada, com a inclusão da dinâmica de um arranjo fotovoltaico através de um modelo equivalente aproximado por uma fonte de tensão em série com uma resistência, e linearizado para diversos pontos da curva do painel. Como proposta de sistema de controle desse conversor, utiliza-se um controlador baseado no princípio do modelo interno, como o ressonante, cujo objetivo é, além de eliminar a ondulação em baixa frequência presente na entrada dos painéis para reduzir as perdas do algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência, também possibilitar a redução da capacitância do barramento CC de inversores de duplo estágio. Sistemas fotovoltaicos sombreados apresentam maior complexidade para se prever a produção de energia. Isso ocorre pois existem diversas configurações para se conectar os módulos fotovoltaicos entre si, cujo impacto resulta em diferentes valores da energia gerada. Por consequência, uma metodologia generalizada de previsão da produção de energia que utilize apenas a área sombreada dos módulos como fator de análise pode ser pouco precisa. Com base nisso, uma nova metodologia para previsão da produção de energia em sistemas fotovoltaicos parcialmente sombreados é apresentada. O método proposto consiste em identificar os módulos sombreados em cada hora, quantificar a irradiação horária incidente em todos os módulos, analisar a configuração elétrica do arranjo e, a partir disso, calcular a energia produzida. Por fim são apresentados resultados de simulação e experimentais que validam a utilização da arquitetura híbrida em sistemas fotovoltaicos que apresentam condições de sombreamento parcial.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This master thesis presents a data acquisition and monitoring system for photovoltaic solar generation plants. The energy produced by photovoltaic systems depends on several factors, such as: array settings, weather conditions, shading, failures, among others. Due to the influences of solar irradiance and temperature on power generation, it is difficult to evaluate the operation of PV systems. This paper proposes a method to detect periods in which the photovoltaic system is inappropriate behavior, that is, periods in which the energy production is lower than expected. A data acquisition system was developed for photovoltaic applications, with the following characteristics: cloud data storage, data acquisition rate of 1 second and possibility of communicating using different communication protocols and physical interfaces. To detect inappropriate behaviors in the PV system was proposed an algorithm that performs the comparison between the estimated power by a mathematical model and the power measured by the data acquisition system. If the difference between the measured power and the estimated power exceeds a predetermined constant, it appears that the photovoltaic system is inappropriate operation, that is, with energy production lower than expected. The method for detecting the type of problem detected if the system is operating under sunny or overcast sky conditions condition, and take different decisions depending on the condition. The methods developed in the master thesis were tested experimentally, and the results were satisfactory to detect the main inappropriate behavior of PV systems. / Esta dissertação apresenta um sistema de aquisição de dados e monitoramento para centrais de geração solar fotovoltaica. A energia produzida através de sistemas fotovoltaicos depende de diversos fatores, tais como: configurações do arranjo, condições meteorológicas, sombreamento, falhas, entre outros. Devido às influências da irradiância solar e da temperatura na geração de energia, é difícil a avaliação do funcionamento dos sistemas fotovoltaicos. Este trabalho propõe um método para detectar períodos no qual o sistema fotovoltaico possui comportamentos inadequados, ou seja, períodos em que a produção de energia está abaixo do esperado. Um sistema de aquisição de dados foi desenvolvido para aplicações fotovoltaicas, com as seguintes características: armazenamento de dados na nuvem, taxa de aquisição de dados de 1 segundo e possibilidade de comunicação através de diferentes protocolos de comunicação e interfaces físicas. Para detectar comportamentos inadequados no sistema fotovoltaico foi proposto um algoritmo responsável pela comparação entre a potência estimada por um modelo matemático e a potência medida pelo sistema de aquisição de dados. Caso a diferença entre a potência medida e a potência estimada seja superior a uma constante predeterminada, constata-se que o sistema fotovoltaico está com comportamento inadequado, ou seja, com produção de energia abaixo do esperado. O método para detecção do tipo do problema detecta se o sistema está operando sob condição de céu claro ou encoberto, e toma diferentes decisões dependendo desta condição. Os métodos desenvolvidos na dissertação foram testados experimentalmente, sendo que os resultados obtidos foram satisfatórios para a detectar os principais comportamentos inadequados dos sistemas fotovoltaicos.