At the beginning of the submitted work, I dealt with the study of various types of photovoltaic panels, their diverse use, effectiveness, advantages of each type and description of climate in the Czech Republic. Depending on the number of sunny days and no claudy days, I was looking for the best areas photovoltaic power. On the basis of cooperation with the firm and Energ-servis and using their test center, I compare different types of panels, their performance in relation with the cost and method of purchase. From these data, six diverse installation, I tried to determine the best type of panel that is best for the South Moravian region in the cost / return on investment.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O uso de substrato de vidro para ser utilizado em sistema fotovoltaico à muito comum, no entanto, os substratos sÃo submetidos a elevadas temperaturas como no caso de obtenÃÃo de vidro recoberto com SnO2 (diÃxido de estanho), onde a temperatura de operaÃÃo atinge valores prÃximos a 600ÂC. Desta forma, um estudo do comportamento da dilataÃÃo do vidro em diferentes espessuras e sob a temperatura de 600ÂC foi realizado com o objetivo de observar a influÃncia dos mesmos nos vidros utilizados como substratos e, assim, prevenir os possÃveis defeitos de trinca e quebra de vidro dentro do forno. AlÃm do estudo associado ao vidro, um projeto teÃrico de um pirolisador com essas caracterÃsticas foi idealizado para a obtenÃÃo das camadas de SnO2 sobre o vidro, agregando inovaÃÃes como o uso de gÃs natural queimando em meio poroso como fonte de calor e o uso de um pirolisador para substituir os fornos resistivos. / The use of a glass substrate for use in photovoltaic system is very common, however, the substrates are subjected to high temperatures as in the case of obtaining glass covered with SnO2 (tin dioxide), where the operating temperature reaches values close to 600  C. Thus, a study of the glass expansion behavior with different thicknesses under temperature of 600  C was conducted in order to observe the influence of the same glass used as substrates, and thus, prevent possible defects cracks and broken glass inside the oven. Besides the study associated with the glass, a theoretical design of a pyrolyzer with these characteristics has been designed for obtaining layers of SnO2 on the glass, adding innovations such as the use of natural gas burning in porous media as heat source and the use of a pyrolyzer to replace the resistive furnaces.

This thesis proposes a new maximum power point tracking (MPPT) method for photovoltaic (PV) systems using Kalman filter. The Perturbation & Observation (P&O) method is widely used due to its easy implementation and simplicity. The P&O usually requires a dithering scheme to reduce noise effects, but the dithering scheme slows the tracking response time. Tracking speed is the most important factor for improving efficiency under frequent environmental change. The proposed method is based on the Kalman filter. An adaptive MPPT algorithm which uses an instantaneous power slope has introduced, but process and sensor noises disturb its estimations. Thus, applying the Kalman filter to the adaptive algorithm is able to reduce tracking failures by the noises. It also keeps fast tracking performance of the adaptive algorithm, so that enables using the Kalman filter to generate more powers under rapid weather changes than using the P&O. For simulations, a PV system is introduced with a 30kW array and MPPT controller designs using the Kalman filter and P&O. Simulation results are provided the comparison of the proposed method and the P&O on transient response for sudden system restart and irradiation changes in different noise levels. The simulations are also performed using real irradiance data for two entire days, one day is smooth irradiance changes and the other day is severe irradiance changes. The proposed method has showed the better performance when the irradiance is severely fluctuating than the P&O while the two methods have showed the similar performances on the smooth irradiance changes. / Master of Science

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Neste trabalho, são avaliadas diferentes configurações de sistemas fotovoltaicos, levando em consideração os principais tipos de módulos fotovoltaicos comercialmente disponíveis e estruturas de suporte. A comparação é delimitada na região Nordeste do Brasil e é baseada, fundamentalmente, em termos de fator de capacidade. Para uma melhor compreensão dos resultados, são mostradas, previamente, as influências que as variáveis meteorológicas exercem na saída do sistema, bem como os efeitos do fator de dimensionamento do inversor (FDI) e do índice de cobertura do terreno (ICT). Os resultados das simulações computacionais realizadas são apresentados em forma de mapas, nos quais é possível verificar as áreas em que os sistemas fotovoltaicos tendem a gerar mais energia elétrica. Entre as configurações estudadas, os maiores valores foram observados para sistemas que utilizam módulos genéricos de filmes finos montados em rastreadores solares de um eixo horizontal, chegando a 36 % de fator de capacidade (em corrente alternada) em algumas regiões do Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco e Bahia. Além disso, foram evidenciados os ganhos obtidos nos fatores de capacidade ao substituir as estruturas fixas por rastreadores solares. Para um ICT de 0,4, os sistemas que realizam o seguimento, ainda que em um eixo do movimento aparente do Sol, apresentaram ganhos de 18 % a 28 % na energia elétrica anual gerada. / In this work, different configurations of photovoltaic systems are evaluated, considering the main type of commercially available photovoltaic modules and mounting structures. The comparison is delimited to the Northeastern region of Brazil and is based, fundamentally, in terms of capacity factor. The influence on the output of the system of meteorological variables, the inverter loading ratio (ILR 1/FDI) and ground coverage ratio (GCR ICT) are shown in advance for a better understanding of the results. Computational simulations results are presented in maps, in which it is possible to verify the areas where photovoltaic systems tend to generate more electricity. Among the studied configurations, the largest values were observed for systems that use generic thin film modules mounted on one axis horizontal solar trackers, reaching 36 % of capacity factor (in alternating current) in some regions of Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco and Bahia. Additionally, the gains obtained in the capacity factors when replacing fixed structures by solar trackers were shown. For an GCR of 0.4, systems that track, even on one axis, the apparent motion of the Sun showed gains of 18 % to 28 % on annual generated electricity.

Neste trabalho, são avaliadas diferentes configurações de sistemas fotovoltaicos, levando em consideração os principais tipos de módulos fotovoltaicos comercialmente disponíveis e estruturas de suporte. A comparação é delimitada na região Nordeste do Brasil e é baseada, fundamentalmente, em termos de fator de capacidade. Para uma melhor compreensão dos resultados, são mostradas, previamente, as influências que as variáveis meteorológicas exercem na saída do sistema, bem como os efeitos do fator de dimensionamento do inversor (FDI) e do índice de cobertura do terreno (ICT). Os resultados das simulações computacionais realizadas são apresentados em forma de mapas, nos quais é possível verificar as áreas em que os sistemas fotovoltaicos tendem a gerar mais energia elétrica. Entre as configurações estudadas, os maiores valores foram observados para sistemas que utilizam módulos genéricos de filmes finos montados em rastreadores solares de um eixo horizontal, chegando a 36 % de fator de capacidade (em corrente alternada) em algumas regiões do Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco e Bahia. Além disso, foram evidenciados os ganhos obtidos nos fatores de capacidade ao substituir as estruturas fixas por rastreadores solares. Para um ICT de 0,4, os sistemas que realizam o seguimento, ainda que em um eixo do movimento aparente do Sol, apresentaram ganhos de 18 % a 28 % na energia elétrica anual gerada. / In this work, different configurations of photovoltaic systems are evaluated, considering the main type of commercially available photovoltaic modules and mounting structures. The comparison is delimited to the Northeastern region of Brazil and is based, fundamentally, in terms of capacity factor. The influence on the output of the system of meteorological variables, the inverter loading ratio (ILR 1/FDI) and ground coverage ratio (GCR ICT) are shown in advance for a better understanding of the results. Computational simulations results are presented in maps, in which it is possible to verify the areas where photovoltaic systems tend to generate more electricity. Among the studied configurations, the largest values were observed for systems that use generic thin film modules mounted on one axis horizontal solar trackers, reaching 36 % of capacity factor (in alternating current) in some regions of Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco and Bahia. Additionally, the gains obtained in the capacity factors when replacing fixed structures by solar trackers were shown. For an GCR of 0.4, systems that track, even on one axis, the apparent motion of the Sun showed gains of 18 % to 28 % on annual generated electricity.

Este trabalho propõe um procedimento para qualificar sistemas fotovoltaicos conectados à rede, o qual possui dois focos principais: o comissionamento e a caracterização da produção de energia. Também resume alguns aspectos normativos relacionados aos sistemas fotovoltaicos, apresenta os principais parâmetros de desempenho utilizados para caracterizar um sistema fotovoltaico, propõe uma metodologia para calcular a energia injetada na rede, a qual incorpora modelos matemáticos e procedimentos de medição, tanto novos quanto convencionais, e aplica essa metodologia em um estudo de caso de um sistema fotovoltaico real. / This work proposes a procedure for qualifying grid-connected photovoltaic systems, which has two main focuses: the commissioning and the characterization of energy production. The work also summarizes some regulatory aspects related to photovoltaic systems, presents the main parameters used to characterize the performance of a photovoltaic system, proposes a methodology to calculate the energy injected into the grid, which incorporates both new and conventional mathematical models and measurement procedures, and applies this methodology to a case of study of a real photovoltaic system.

Este trabalho propõe caracterizar a complementaridade espacial-temporal entre energia eólica e solar fotovoltaica entre regiões do Brasil e estudar, no âmbito da comercialização de energia elétrica no Setor Elétrico Brasileiro - SEB, se um portfólio formado por estas fontes trazem vantagens econômicas relevantes para o investidor. Para atender a estes objetivos, foram estudados métodos para tratamento dos dados como a correção da irradiância solar, cálculo da energia gerada pelas fontes estudadas, o ambiente de contratação de energia elétrica no Brasil, métodos de otimização e modelos de análise de risco para contratação de energia no mercado livre de energia. A metodologia proposta para responder as questões colocadas foi aplicada em um estudo de caso envolvendo três regiões brasileiras em um horizonte de dez anos. Concluiu-se que existe a complementaridade energética entre as fontes nas diferentes regiões estudadas e em diferentes períodos de tempo. Confirmou-se que tecnicamente pode-se reduzir a oscilação na geração de energia analisando as fontes de forma complementar, porém, o custo de instalação da fonte fotovoltaica ainda é muito alto, inviabilizando até o momento investimentos em larga escala e de forma complementar a fonte eólica. Também verificou-se, dentro dos locais avaliados, que somente um dos três locais apresentou benefício econômico-financeiro com a formação de portfólio das fontes eólica e solar atuando no mercado de venda de energia e atendendo os critérios de risco limite estabelecidos quando avaliadas segundo a ótica da maximização da receita no mercado livre. / This thesis proposes to characterize the spatial-temporal complementarity between wind and solar photovoltaic energy between regions of Brazil and study, in the marketing of electricity in the Brazilian Electrical Sector - SEB, a portfolio formed by these sources bring significant economic benefits to the investor. To meet these goals, methods for data processing were studied as correction of solar irradiance calculation of the energy generated by the sources studied, the environment of contracting electricity in Brazil, optimization methods and models for risk analysis for contracting energy in the free energy market. The proposed methodology to answer the questions was applied in a case study involving three Brazilian regions with a horizon of ten years time series. It was concluded that there is complementarity between energy sources in the different regions studied and in different time periods. It was confirmed that technically can reduce the fluctuation in power generation by analyzing the complement of sources, however, the installation cost of photovoltaic power is still too high, preventing yet large-scale investments and complementary way the source wind. Also it was found within the sites evaluated, only one of the three sites presented economic and financial benefit by the portfolio of wind and solar sources acting in the sale of energy market and considering the risk criteria limit established when evaluated according to perspective of maximizing revenue in the free energy market.

Orientador: José Angelo Cagnon / Banca: Odivaldo José Seraphim / Banca: Mário Eduardo Bordon / Banca: José Pissolato Filho / Banca: Diogenes Pereira Gonzaga / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo a análise do sistema de armazenamento de energia elétrica gerada a partir de um sistema fotovoltaico, composto por baterias de chumbo-ácido. A crescente demanda de energia no mundo, além da necessidade de utilização de recursos renováveis de forma a preservar o nosso meio ambiente, obriga o desenvolvimento de técnicas de eficiência na produção e controle dessa energia. A escassez apresentada atualmente na área energética ao redor do mundo chama a atenção de toda a comunidade científica que se preocupa em desenvolver projetos alternativos para suprir as necessidades do ser humano de um modo produtivo, não poluente e de baixo custo. Para o desenvolvimento desse trabalho, foram utilizados dois sistemas fotovoltaicos, o primeiro, convencional, com painel solar estacionária e o segundo com um sistema de posicionamento automático com relação ao sol. Esta análise comparativa permitirá avaliar as vantagens ou não de um sistema, em relação ao outro. Além disso, foram levantadas as curvas de carga, descarga, capacidade da bateria, determinação da taxa hora-funcional, a reação de auto-descarga (através do estado de flutuação) entre outras informações relevantes que permitam entre outras coisas, obter uma maior vida útil da bateria estacionária em questão. Esse trabalho levantará as características elétricas, como tensão, corrente, potência e energia, utilizará ferramentas de modelagem através de circuitos elétricos equivalentes para simulação do comportamento da bateria, em situações de carga e descarga, e principalmente o levantamento experimental das baterias funcionando nos dois sistemas distintos. Este trabalho evidencia as diferenças comportamento da bateria, e mostra a configuração que permite a operação da bateria em condições mais favoráveis. Os resultados obtidos, indicam que a bateria ligada... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work aimed at analyzing the electric energy storage system generated from a photovoltaic system with lead-acid batteries. The increasing claim for energy in the world in addition to the need of utilizing renewable sources of energy in order to preserve the environment makes necessary the development of efficient techniques for energy generation and control. The energy shortage experienced in today's world attracts attention from the scientific community, which is concerned about developing alternative projects towards the human being's need in a productive way, without pollution and low cost. Two photovoltaic systems were used in this work, a conventional one with stationary solar panel and another with automatic solar position system. The comparative analysis has allowed assessing the advantages of both systems. The following characteristics were obtained during the development of this work: charge, discharge, battery capacity, operating time rate, auto-discharge reaction (through fluctuation state), among other important information that allowed to attain an extended life to the stationary battery studied. The characteristics described in the references of this work have been obtained, and modeling techniques through electric circuits were used to simulate the battery behavior for charge and discharge conditions. The experimental tests of the battery operation in both systems were carried out. This research has searched for showing the main differences of the battery behavior in order to get the configuration in which the battery operation is developed in more favorable conditions. / Doutor

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-01-30T09:23:03Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gustavo de Souza Neves - 2016.pdf: 2403103 bytes, checksum: e89c1c7d2a7ed732e3b4cd3a17b311ce (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-01-30T09:23:52Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gustavo de Souza Neves - 2016.pdf: 2403103 bytes, checksum: e89c1c7d2a7ed732e3b4cd3a17b311ce (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-30T09:23:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gustavo de Souza Neves - 2016.pdf: 2403103 bytes, checksum: e89c1c7d2a7ed732e3b4cd3a17b311ce (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-03-16 / Conventional means of transportation have a significant impact on people's lives, which depend on the current model to perform their routine activities. Families can expend up to 20% of their income on transport. On the other hand, internal combustion vehicles emit gases that impair nature, have low efficiency reaching a maximum 30% yield. In contrast, the electric vehicle has up to 90% efficiency and does not emit harmful gases directly. These factors contribute to the increase of financial and energy waste. This study aims to contribute to minimizing these impacts through analysis of an electric propulsion system of low cost, powered by photovoltaic source to be installed in a vehicle structure of PVC (Polyvinyl Chloride). The use of this renewable energy source enables the implementation of a photovoltaic power generation system, stored in lead acid batteries used in most of vehicles. After analysis of decision matrix, it was determined the most appropriate model that supports the proposal economically and evaluated electric DC motors found in conventional vehicles. These it was found that the engine of the windshield wipers can be used in vehicle propulsion system. To control the entire electrical system was used PIC micro controller, responsible for driving the motors through H bridge, consisting of MOSFET transistors. The simulation of this control system was held at the Proteus®. / Os meios de transportes convencionais têm impacto relevante na vida das pessoas, as quais dependem do modelo atual para realização de suas atividades rotineiras. Famílias de classe média dispendem até 20% de sua renda com transportes. Por outro lado, veículos de combustão interna emitem gases que contribuem para o efeito estufa, são de baixa eficiência, com no máximo 30% de aproveitamento. Em oposição, o veículo elétrico possui até 90% de eficiência e não emite gases de efeito estufa diretamente. Esses fatores contribuem com o aumento de desperdício financeiro e energético. Este estudo visa colaborar com a minimização destes impactos, por meio da análise de um sistema propulsor elétrico de baixo custo, alimentado por fonte fotovoltaica a ser instalado em um veículo de estrutura em PVC (Policloreto de Vinila). A utilização dessa fonte de energia renovável possibilita a implantação de um sistema de geração de energia fotovoltaica, armazenada em baterias de chumbo-ácido, utilizadas em veículos ã combustão. Após anáslise por matriz de decisão, foi determinado o modelo mais adequado que atende ã proposta de forma econômica e avaliados motores elétricos de corrente contínua, encontrados em veículos convencionais. Destes se verificou que os motores de limpadores de para-brisa podem ser empregados no sistema de propulsão do veículo. Para controlar todo o sistema elétrico foi utilizado o micro controlador PIC, responsável pelo acionamento dos motores através de ponte H, constituídas por transistores MOSFET. Foi realizada a simulaço desse sistema de controle no programa Proteus®.