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.

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.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DAVID RODRIGO FRANCO LEON2.pdf: 2087252 bytes, checksum: a70bd4795d62e855f534a86b2beafa7b (MD5) Previous issue date: 2013-11-29 / The increasing use of renewable energy to produce electricity, including photovoltaic, is an alternative used to meet growing electricity demand. Particularly, has been discussed the possibility of inserting these sources associated to loads, which is related with the concept of micro grids. A simulation model that allows to determine the behavior of the PV system, connected to the micro grid in different weather conditions, is essential to validate and predict future problems that may exist. Thus, this paper proposes a simulation model of a photovoltaic system, which includes the representation of the inverter and a bidirectional converter with storage unit, allowing the insertion of photovoltaic in a micro grid in steady state under different conditions of solar irradiation. The results show the behavior of the micro grid to different environment conditions of irradiation, different values of loadsconnected to the node generation and behavior of bidirectional converter, as in the storage of electrical for the conditions simulated. The behavior of the PV system as a source of energy within a micro grid was analyzed by simulating different load values, irradiation and electrical characteristics of the micro grid. / As fontes renováveis de energia para produção de energia elétrica, entre elas a que utiliza a tecnologia fotovoltaica, são alternativas utilizadas para atender a crescente demanda de energia elétrica. Particularmente vem sendo discutida a possibilidade de inserção dessas fontes junto às cargas, ao qual está associado o conceito de microrredes. Um modelo de simulação que permita determinar o comportamento do sistema fotovoltaico ao ser ligado à microrrede, em distintas condições ambientas, é fundamental para validar e prever futuros problemas que possam existir. Desta forma, o presente trabalho propõe um modelo de simulação de um sistema fotovoltaico, que inclui a representação do inversor e de um conversor bidirecional com unidade de armazenamento, que permite inserir a energia fotovoltaica numa microrrede elétrica em regime estacionário em distintas condições de irradiação solar. Os resultados mostram o comportamento da microrrede para distintas condições ambientais de irradiação, diferentes valores de cargas ligadas ao nó de geração e o comportamento do conversor bidirecional, quanto ao armazenamento ou não de energia para as condições simuladas. O comportamento do sistema fotovoltaico, como fonte de energia dentro de uma microrrede, foi analisado simulando diferentes valores de carga, irradição e características elétricas da microrrede.

This research proposes an efficient reliability modeling and simulation methodology in power systems to include photovoltaic units, wind farms and storage. Energy losses by wake effect in a wind farm are incorporated. Using the wake model, wind shade, shear effect and wind direction are also reflected. For solar modules with titled surface, more accurate hourly photovoltaic power in a specific location is calculated with the physical specifications. There exists a certain level of correlation between renewable energy and load. This work uses clustering algorithms to consider those correlated variables. Different approaches are presented and applied to the composite power system, and compared with different scenarios using reliability analysis and simulation. To verify the results, reliability indices are compared with those from original data. As the penetration of renewables increases, the reliability issues will become more important because of the intermittent and non-dispatchable nature of these sources of power. Storage can provide the ability to regulate these fluctuations. The use of storage is investigated in this research. To determine the operating states and transition times of all turbines, Monte Carlo is used for system simulation in the thesis. A conventional power system from IEEE Reliability Test Systems is used with transmission line capacity, and wind and solar data are from National Climatic Data Center and National Renewal Energy Laboratory. The results show that the proposed technique is effective and efficient in practical applications for reliability analysis.

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Η εμπειρία έχει δείξει ότι στα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα, η μπαταρία είναι το πιο αδύναμο στοιχείο αφού το προσδόκιμο ζωής της είναι συνήθως αρκετά μικρότερο από ότι όλων των άλλων στοιχείων του συστήματος και για το λόγο αυτό είναι και το πιο ακριβό στοιχείο με το 30% ή και περισσότερο του κόστους ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος καθ’όλη τη διάρκεια της ζωής του να οφείλεται στο σύστημα αποθήκευσης. Αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η μελέτη των προβλημάτων που αντιμετωπίζουν οι μπαταρίες μολύβδου οξέος (που είναι ο βασικός τύπος μπαταριών που χρησιμοποιείται για την αποθήκευση στα φωτοβολταϊκά συστήματα) και οι τρόποι αντιμετώπισής τους με σκοπό αφενός την επέκταση της διάρκειας της χρήσιμης ζωής των μπαταριών αυτών και αφετέρου τη μείωση του κόστους συντήρησης και αντικατάστασής τους. Ιδιαίτερη βαρύτητα δίνεται στο πρόβλημα της θειίκωσης, το οποίο έχει αποδειχθεί ο σημαντικότερος παράγοντας γήρανσης και τελικά καταστροφής της πλειοψηφίας των μπαταριών μολύβδου οξέος που χρησιμοποιούνται στα φωτοβολταϊκά συστήματα και παρουσιάζονται τεχνικές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πρόληψη και την αντιμετώπιση του πολύ σοβαρού αυτού προβλήματος. / Experience has shown that in stand alone photovoltaic systems, battery is the weakest element since its expected lifetime is usually considerably smaller than those of other elements. Thus its cost is the most expensive with 30% or above of the total cost of stand alone photovoltaic system throughout its whole lifespan. Subject of this dissertation is the study of problems that lead acid batteries face and the way to treat them. The aim is to extend their useful lifetime and the reduction of the cost of maintenance and replacement. The problem of sulphation is given special importance, since it has been proved that it constitutes the main aging factor for the majority of lead acid batteries used in photovoltaic systems. Suggestions for treatment are given.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-06-14Bitstream added on 2014-06-13T19:02:05Z : No. of bitstreams: 1 fraga_jrcp_dr_botfca.pdf: 1204439 bytes, checksum: 2e8372a8c8355a32a2d914e2553fc20b (MD5) / 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... / 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.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O setor fotovoltaico, devido ao seu grande crescimento nos Ãltimos anos, vem destacando-se significativamente diante de todas as outras fontes de energia renovÃveis e, por isso, tornou-se a terceira maior fonte limpa de geraÃÃo de energia elÃtrica do mundo. No Brasil, esse setor ainda nÃo possui uma relevÃncia na matriz energÃtica devido à tecnologia de conversores e de painÃis ser, na maioria das vezes, toda importada. Considerando a necessidade do desenvolvimento dessa tecnologia, este trabalho vem propor a pesquisa e a implementaÃÃo de um conversor CC/CC de alto ganho aplicado a sistemas fotovoltaicos, que tem como objetivo principal retirar a energia de um mÃdulo fotovoltaico e injetÃ-la em um barramento constante de corrente contÃnua. Um mÃdulo fotovoltaico à conectado na entrada do conversor de alto ganho com tensÃo de saÃda igual a 17 Vcc. Esse conversor eleva a sua tensÃo de entrada e injeta sua corrente de saÃda em um barramento constante de 311 Vcc, utilizando a busca do ponto de mÃxima potÃncia (MPPT). O protÃtipo implementado em laboratÃrio foi desenvolvido para uma potÃncia nominal de 100 W e nÃo possui capacitores eletrolÃticos, aumentando assim o tempo de vida Ãtil do conversor e permitindo incorporar o conversor ao mÃdulo fotovoltaico. O protÃtipo se mostrou robusto e de baixo custo, caracterÃsticas necessÃrias para um conversor aplicado a fontes renovÃveis de energia. O desempenho do protÃtipo, na busca do ponto de mÃxima potÃncia, superou as expectativas do autor, mostrando que um algoritmo bastante simples pode ser extremamente confiÃvel quando se opta pela configuraÃÃo de um conversor por mÃdulo. / The photovoltaic sector has been distinguishing itself from all other renewable energy sources, due to its large growth through the last years. For this reason, it has become the third major clean source of power generation worldwide. In Brazil, this sector still doesnât have great pertinence in the energy matrix, given the imported technology of converters and panels. Considering the demand to develop this technology, this paper propounds the research and implementation of a high gain DC/ DC converter applied to photovoltaic systems, which aims mainly to remove energy from a photovoltaic module and inject it into a DC constant bus. A photovoltaic module is connected to the input of the high gain converter, with an output voltage equals to 17 Vdc. This converter raises its input voltage and injects its output current at a constant 311 Vdc bus, using the maximum power point tracking (MPPT). The laboratory implemented prototype was designed for a rated power of 100W and it doesnât have electrolytic capacitors, thereby increasing the lifetime of the converter and also allowing the incorporation the converter to the photovoltaic module. The prototype had a strong and low cost performance, necessary characteristics for a converter applied to renewable energy sources. The prototype performance exceeded the authorâs expectations, in relation to the maximum power point tracking. Thus, a quite simple algorithm can be extremely reliable when choosing to configure a converter through a module.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nowadays, the distribution networks of electricity are the segment of the electrical power systems that has experienced more changes, due in particular to the presence of distributed generation and the technological advances in the areas of instrumentation, automation, measurement, information technology and comunication. This work aims to present the modelling, the control and the operation management of a group of small-scale energy resources connected to the low voltage, which coordinated form a microgrid. The microgrid energy resources are solar photovoltaic sources, wind energy based on double fed induction generator and hydrogen fuel cell, and a storage system with batteries. Two conceptions are developed: a single-phase microgrid and a three-phase microgrid, both operating in connected mode and isolated from the utility. Each energy resource is connected to a point of common coupling through power converters. For each converter was designed a set of control loops. The master-slave strategy was used to control the converters and to microgrid management. In master-slave configuration only the master converter is designed to be the voltage reference and others operate as a current source. For managing the steady state operation of microgrids different operating scenarios were considered, with variation of load and generation levels, as well as changes in tariff flags, for load supply with economy and sources operating at maximum efficiency. The proposed systems operate satisfactorily fulfill the requirements of utility for synchronization and disconnection. The injected currents are below the allowed distortion level. In stand-alone mode, the system voltage remains within the appropriate level of amplitude and frequency. / Atualmente, as redes de distribuiÃÃo de energia elÃtrica sÃo o segmento dos siste-mas elÃtricos de potÃncia que mais tem experimentado mudanÃas, devido, em es-pecial, à presenÃa da geraÃÃo distribuÃda e aos avanÃos tecnolÃgicos nas Ãreas de instrumentaÃÃo, automaÃÃo, mediÃÃo, tecnologia da informaÃÃo e comunicaÃÃo. Este trabalho tem por objetivo apresentar a modelagem, o controle e o gerenciamento da operaÃÃo de um conjunto de recursos energÃticos de pequeno porte, conectados à baixa tensÃo, que coordenados formam uma microrrede. Os recursos energÃticos da microrrede sÃo fontes solar fotovoltaica, eolielÃtrica com gerador de induÃÃo de dupla alimentaÃÃo e cÃlula combustÃvel a hidrogÃnio, e um sistema de armazenamento de energia a baterias. Duas concepÃÃes de microrredes sÃo desenvolvidas: microrrede monofÃsica e microrrede trifÃsica, ambas operando em modo conectado e isolado da rede elÃtrica principal. Cada recurso energÃtico à conectado a um ponto comum de conexÃo atravÃs de conversores de potÃncia. Para cada conversor foi projetado um conjunto de malhas de controle. A estratÃgia mestre-escravo foi usada para o controle dos conversores e gerenciamento da microrrede. Na configuraÃÃo mestre-escravo apenas o conversor mestre à designado para ser a referÃncia de tensÃo que os outros conversores necessitam para operarem como fonte de corrente. Para o gerenciamento da operaÃÃo das microrredes em regime permanente, foram considerados diferentes cenÃrios de operaÃÃo, com variaÃÃo de nÃveis de carga e de geraÃÃo, bem como variaÃÃo de bandeiras e postos tarifÃrios, visando atender a carga com economicidade e fontes operando em mÃxima eficiÃncia. Os sistemas propostos operam de forma satisfatÃria obedecendo aos requisitos da concessionÃria para a sincronizaÃÃo e desconexÃo. As harmÃnicas de corrente injetada estÃo abaixo do nÃvel de distorÃÃo permitido. No modo isolado, a tensÃo dos sistemas permanece dentro do nÃvel adequado de amplitude e frequÃncia.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / This project presents a brackish water desalination plant via Reverse Osmosis (RO) powered by Photovoltaic Modules (PV) with Maximum Power Tracking (MPPT) and a self â regulating pressure valve. The developed unit is installed on Alternative Energy Laboratory (LEA), which is located on the campus of PICI at Federal University of CearÃ. To extract maximum power from the PV module a Buck type converter was developed for this application. The Incremental Conductance algorithms (IncCond) is used. The MPPT technique was simulated, tested and validated, showing an efficiency of 86.8%. An innovation in this plant is the use of a self-regulating pressure valve installed in the concentrate output, which ensures a smaller pressure and power variation in the pump that is responsible for pressurizing the water to the membranes. The technical feasibility of the RO plant is checked in two phases: one without the presence of the self- regulating pressure valve in the concentrated output and other with the self-regulating pressure valve in the concentrated output. The plant is tested for two salinity levels 1000 and 1500 mg/L of TDS (Total Dissolved Solids) levels. These salinity levels chosen are commonly found in most brackish water wells of the semi-arid region of Northeastern Brazil. For operation without selfregulating pressure valve the obtained average values are: recovery rate 8.03% (relation between permeate flow and feed water flow), 151.7 L of daily production of drinking water with 130 mg/L of TDS, specific energy consumption of 2.68 kWh/m3. For operation with self-regulating pressure valve the obtained average values are: recovery rate 8.14%, 175.3 L of daily production of drinking water with 120 mg/L of TDS, specific energy consumption of 2.56 kWh/m3. Thus the configuration system using the self â regulating valve showed better results / O presente projecto apresenta uma planta de dessalinizaÃÃo de Ãgua salobra por osmose reversa (OR) acionada por mÃdulos fotovoltaicos (FV) com seguimento de potÃncia mÃxima (MPPT - Maximum Power Point Tracking) e vÃlvula autoreguladora de pressÃo. A planta desenvolvida està instalada no LaboratÃrio de Energias Alternativas (LEA), situado no Campus do PICI da Universidade Federal do CearÃ. Para extraÃÃo da mÃxima de energia do mÃdulo FV foi desenvolvido um conversor do tipo Buck, usando a tÃcnica CondutÃncia Incremental (CondInc). A tÃcnica de MPPT foi simulada, testada e validada, apresentando uma eficiÃncia de 86,8% no seguimento do ponto de potÃncia mÃxima. Uma inovaÃÃo na planta proposta à o uso de uma vÃlvula autoreguladora de pressÃo instalada na saÃda do concentrado, que garante uma menor variaÃÃo de pressÃo e corrente eletrica na motobomba responsÃvel por pressurizaÃÃo da Ãgua para as membranas. A planta de OR foi testada em duas etapas: uma sem a presenÃa da vÃlvula auto-reguladora de pressÃo e a outra com a vÃlvula, para uma Ãgua de alimentaÃÃo entre os nÃveis de salinidade de 1000 e 1500 mg/L de STD (SÃlidos Totais Dissolvidos). Estes nÃveis de salinidade adotados sÃo geralmente encontrados em poÃos com Ãgua salobra do semiÃrido do Nordeste do Brasil e noutros casos maior 1500 mg/L de STD. Para a operaÃÃo sem a vÃlvula autoreguladora de pressÃo foram obtidos os seguintes valores mÃdios: taxa de recuperaÃÃo 8,03%, produÃÃo de Ãgua potÃvel de 151,7 L/dia com 130 mg/L de STD, consumo especÃfico de energia de 2,68 kWh/m3. Para a operaÃÃo com a vÃlvula autoreguladora de pressÃo foram obtidos os seguintes valores mÃdios: taxa de recuperaÃÃo 8,14%, produÃÃo de Ãgua potÃvel de 175,3 L/dia com 120 mg/L de STD, consumo especÃfico de energia de 2,56 kWh/m3. No entanto a configuraÃÃo da planta operando com a vÃlvula autoreguladora de pressÃo apresenta melhores resultados relativamente a operaÃÃo sem a vÃlvula.