O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um traçador de curvas I-V para aplicação em arranjos fotovoltaicos a serem medidos em campo. Este sistema utiliza a carga capacitiva como método de polarização do gerador fotovoltaico sendo o chaveamento realizado por transistores bipolares de porta isolada (IGBT). Para controle do chaveamento dos IGBTs e aquisição dos pontos I-V, a placa Arduino foi aplicada demostrando-se adequada para a proposta. Para tanto foi escrito, em uma variação da linguagem de programação C++, o programa de controle desta placa. Foram construídos circuitos auxiliares de amplificação de sinal para realizar as medidas de corrente e de irradiância, sendo nestes casos, usados como sensores um resistor shunt e uma célula de referência calibrada, respectivamente. Para medida da temperatura foi aplicado o sensor de temperatura LM35 que apresentou resultados satisfatórios. Os dados adquiridos pela placa Arduino são salvos em um cartão de memória para posterior análise. A análise de incertezas foi realizada usando métodos estatísticos, onde foram determinados os erros sistemáticos e aleatórios para cada canal de medição. O protótipo construído foi aplicado no levantamento da curva I-V de um gerador fotovoltaico composto de uma série de 3 módulos instalada no terraço do prédio que abriga o simulador solar do Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LABSOL) e o seu resultado foi comparado com o sistema traçador de curvas do laboratório. O resultado, de maneira geral, foi satisfatório quando comparado com a medida a 2 fios pelo sistema do LABSOL, mas apresentou um erro maior quando comparado à medida a 4 fios. Este protótipo também foi submetido a um teste para avaliar sua capacidade de apresentar a curva I-V de forma adequada quando são provocados defeitos na série de módulos. O resultado apresentado pelo protótipo se mostrou bastante semelhante ao do apresentado pelo sistema do LABSOL. De maneira geral, pode-se afirmar que o protótipo, baseado em seus resultados, mostrou-se adequado para aplicação em medidas em campo de curvas I-V de arranjos fotovoltaicos. / This work presents the development of an IV tracer for in field measurement of PV arrays. This system uses a capacitive load as a method for polarizing the photovoltaic generator, with the switching being performed by insulated gate bipolar transistors (IGBT). To control switching of the IGBTs and acquisition of the IV curve, an Arduino board was applied, and was proved to be adequate for this purpose. The Arduino board control program was written in a variation of C++ language. Auxiliary circuits for amplifying the signal were built to measure electric current and irradiance, being in such cases used as sensors a shunt resistor and a calibrated reference solar cell, respectively. For obtaining the temperature, the LM35 temperature sensor was employed, presenting satisfactory results. The data acquired by the Arduino board are saved on a memory stick for later analysis. The uncertainty analysis was performed by using statistical methods, in which the systematic and random errors for each measurement channel were determined. The assembled prototype was applied for measuring the IV curve of a photovoltaic generator composed of a string of 3 modules located on the roof of one of the buildings from Solar Energy Laboratory of the Federal University of Rio Grande do Sul (LABSOL) and its result was compared with the IV tracer used on the laboratory. The result was, generally, satisfactory when compared with the two-wire measurement by the laboratory’s system, but showed a larger error when compared with the four-wire measurement. This prototype was also submitted to a test to evaluate its capacity of adequately presenting the IV curve when defects are induced on the string. The result presented by the prototype was quite similar to that obtained from LABSOL’s system. In general, it is possible to affirm that the prototype, based on its results, proved to be adequate for in field measurement of photovoltaic arrays.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um traçador de curvas I-V para aplicação em arranjos fotovoltaicos a serem medidos em campo. Este sistema utiliza a carga capacitiva como método de polarização do gerador fotovoltaico sendo o chaveamento realizado por transistores bipolares de porta isolada (IGBT). Para controle do chaveamento dos IGBTs e aquisição dos pontos I-V, a placa Arduino foi aplicada demostrando-se adequada para a proposta. Para tanto foi escrito, em uma variação da linguagem de programação C++, o programa de controle desta placa. Foram construídos circuitos auxiliares de amplificação de sinal para realizar as medidas de corrente e de irradiância, sendo nestes casos, usados como sensores um resistor shunt e uma célula de referência calibrada, respectivamente. Para medida da temperatura foi aplicado o sensor de temperatura LM35 que apresentou resultados satisfatórios. Os dados adquiridos pela placa Arduino são salvos em um cartão de memória para posterior análise. A análise de incertezas foi realizada usando métodos estatísticos, onde foram determinados os erros sistemáticos e aleatórios para cada canal de medição. O protótipo construído foi aplicado no levantamento da curva I-V de um gerador fotovoltaico composto de uma série de 3 módulos instalada no terraço do prédio que abriga o simulador solar do Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LABSOL) e o seu resultado foi comparado com o sistema traçador de curvas do laboratório. O resultado, de maneira geral, foi satisfatório quando comparado com a medida a 2 fios pelo sistema do LABSOL, mas apresentou um erro maior quando comparado à medida a 4 fios. Este protótipo também foi submetido a um teste para avaliar sua capacidade de apresentar a curva I-V de forma adequada quando são provocados defeitos na série de módulos. O resultado apresentado pelo protótipo se mostrou bastante semelhante ao do apresentado pelo sistema do LABSOL. De maneira geral, pode-se afirmar que o protótipo, baseado em seus resultados, mostrou-se adequado para aplicação em medidas em campo de curvas I-V de arranjos fotovoltaicos. / This work presents the development of an IV tracer for in field measurement of PV arrays. This system uses a capacitive load as a method for polarizing the photovoltaic generator, with the switching being performed by insulated gate bipolar transistors (IGBT). To control switching of the IGBTs and acquisition of the IV curve, an Arduino board was applied, and was proved to be adequate for this purpose. The Arduino board control program was written in a variation of C++ language. Auxiliary circuits for amplifying the signal were built to measure electric current and irradiance, being in such cases used as sensors a shunt resistor and a calibrated reference solar cell, respectively. For obtaining the temperature, the LM35 temperature sensor was employed, presenting satisfactory results. The data acquired by the Arduino board are saved on a memory stick for later analysis. The uncertainty analysis was performed by using statistical methods, in which the systematic and random errors for each measurement channel were determined. The assembled prototype was applied for measuring the IV curve of a photovoltaic generator composed of a string of 3 modules located on the roof of one of the buildings from Solar Energy Laboratory of the Federal University of Rio Grande do Sul (LABSOL) and its result was compared with the IV tracer used on the laboratory. The result was, generally, satisfactory when compared with the two-wire measurement by the laboratory’s system, but showed a larger error when compared with the four-wire measurement. This prototype was also submitted to a test to evaluate its capacity of adequately presenting the IV curve when defects are induced on the string. The result presented by the prototype was quite similar to that obtained from LABSOL’s system. In general, it is possible to affirm that the prototype, based on its results, proved to be adequate for in field measurement of photovoltaic arrays.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um traçador de curvas I-V para aplicação em arranjos fotovoltaicos a serem medidos em campo. Este sistema utiliza a carga capacitiva como método de polarização do gerador fotovoltaico sendo o chaveamento realizado por transistores bipolares de porta isolada (IGBT). Para controle do chaveamento dos IGBTs e aquisição dos pontos I-V, a placa Arduino foi aplicada demostrando-se adequada para a proposta. Para tanto foi escrito, em uma variação da linguagem de programação C++, o programa de controle desta placa. Foram construídos circuitos auxiliares de amplificação de sinal para realizar as medidas de corrente e de irradiância, sendo nestes casos, usados como sensores um resistor shunt e uma célula de referência calibrada, respectivamente. Para medida da temperatura foi aplicado o sensor de temperatura LM35 que apresentou resultados satisfatórios. Os dados adquiridos pela placa Arduino são salvos em um cartão de memória para posterior análise. A análise de incertezas foi realizada usando métodos estatísticos, onde foram determinados os erros sistemáticos e aleatórios para cada canal de medição. O protótipo construído foi aplicado no levantamento da curva I-V de um gerador fotovoltaico composto de uma série de 3 módulos instalada no terraço do prédio que abriga o simulador solar do Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LABSOL) e o seu resultado foi comparado com o sistema traçador de curvas do laboratório. O resultado, de maneira geral, foi satisfatório quando comparado com a medida a 2 fios pelo sistema do LABSOL, mas apresentou um erro maior quando comparado à medida a 4 fios. Este protótipo também foi submetido a um teste para avaliar sua capacidade de apresentar a curva I-V de forma adequada quando são provocados defeitos na série de módulos. O resultado apresentado pelo protótipo se mostrou bastante semelhante ao do apresentado pelo sistema do LABSOL. De maneira geral, pode-se afirmar que o protótipo, baseado em seus resultados, mostrou-se adequado para aplicação em medidas em campo de curvas I-V de arranjos fotovoltaicos. / This work presents the development of an IV tracer for in field measurement of PV arrays. This system uses a capacitive load as a method for polarizing the photovoltaic generator, with the switching being performed by insulated gate bipolar transistors (IGBT). To control switching of the IGBTs and acquisition of the IV curve, an Arduino board was applied, and was proved to be adequate for this purpose. The Arduino board control program was written in a variation of C++ language. Auxiliary circuits for amplifying the signal were built to measure electric current and irradiance, being in such cases used as sensors a shunt resistor and a calibrated reference solar cell, respectively. For obtaining the temperature, the LM35 temperature sensor was employed, presenting satisfactory results. The data acquired by the Arduino board are saved on a memory stick for later analysis. The uncertainty analysis was performed by using statistical methods, in which the systematic and random errors for each measurement channel were determined. The assembled prototype was applied for measuring the IV curve of a photovoltaic generator composed of a string of 3 modules located on the roof of one of the buildings from Solar Energy Laboratory of the Federal University of Rio Grande do Sul (LABSOL) and its result was compared with the IV tracer used on the laboratory. The result was, generally, satisfactory when compared with the two-wire measurement by the laboratory’s system, but showed a larger error when compared with the four-wire measurement. This prototype was also submitted to a test to evaluate its capacity of adequately presenting the IV curve when defects are induced on the string. The result presented by the prototype was quite similar to that obtained from LABSOL’s system. In general, it is possible to affirm that the prototype, based on its results, proved to be adequate for in field measurement of photovoltaic arrays.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Este trabalho apresenta o estudo, o projeto e a implementaÃÃo de um driver trifÃsico para diodos emissores de luz (LEDs) baseado num conversor com capacitor chaveado (SC â Switched Capacitor), tambÃm conhecido como charge-pump. Uma luminÃria LED com a tecnologia Chip-on-Board (COB), que proporciona uma elevada densidade de potÃncia, à utilizada como carga. Assim como os LEDs, os drivers destes dispositivos devem apresentar uma longa vida Ãtil e um elevado rendimento. A vida Ãtil dos drivers para LEDs à geralmente limitada pelo uso de capacitores eletrolÃticos convencionais. Estes dispositivos apresentam uma vida Ãtil incompatÃvel com a dos LEDs e, por isso, nÃo devem ser utilizados nos seus drivers. AlÃm disso, os drivers para LEDs devem proporcionar uma baixa ondulaÃÃo de corrente nos LEDs, garantindo um baixo flicker percentual e evitando danos à saÃde humana. Diante destes problemas, o conversor trifÃsico SC proposto nÃo utiliza capacitores eletrolÃticos, o que eleva a expectativa de vida Ãtil do driver. O conversor emite um baixo flicker percentual e à capaz de estabilizar a corrente de saÃda sem a necessidade de um controle de malha fechada, o que pode reduzir os custos de projeto. A topologia permite a dimerizaÃÃo dos LEDs atravÃs da variaÃÃo da frequÃncia de comutaÃÃo. Resultados experimentais de um protÃtipo de 216 W sÃo analisados e discutidos para validaÃÃo da proposta. Em condiÃÃes nominais, o conversor apresentou um rendimento global de 91,5%, um fator de potÃncia acima de 0,99 e uma distorÃÃo harmÃnica menor que 5% nas trÃs fases, obedecendo as Classes A e C da norma IEC 61000-3-2:2014. AlÃm disso, foi obtida uma ondulaÃÃo de corrente de alta frequÃncia igual a 16,97% e um flicker percentual de 4,97%, estando de acordo com as recomendaÃÃes da IEEE. A dimerizaÃÃo dos LEDs permitiu a reduÃÃo da potÃncia de saÃda em atà 50%, com rendimento prÃximo a 91%, fator de potÃncia acima de 0,97, distorÃÃo harmÃnica total inferior a 6% para as trÃs fases e flicker percentual menor que 7% para toda a faixa de potÃncia. / This paper presents the study, design and implementation of a three-phase light-emitting diode (LED) driver based on a switched capacitor (SC) converter, also known as charge-pump. A LED lamp with Chip-On-Board (COB) technology, which provides a high power density, is used as load. As the LEDs, drivers of these devices must have a high efficiency and a long useful lifetime, which is usually limited by the use of conventional electrolytic capacitors. These devices have an incompatible lifetime with LEDs and, therefore, they should not be used in their drivers. In addition, the LED drivers should provide a low ripple current in LEDs, which can provide the emission of a low percent flicker. Studies demonstrate that excessive percent flicker may cause damage to human health. Given these problems, the proposed switched capacitor LED driver does not use electrolytic capacitors, which increases the expectative of useful lifetime of the driver. It emits a low percent flicker, which reduces the risks to human health. It can stabilize the output current without the need of a closed-loop control, which may reduce design costs. It allows the LEDs dimming by varying the switching frequency. An experimental prototype rated at 216 W has been developed in order to evaluate the performance of the proposed approach, while results are properly presented and discussed. In nominal conditions, the drive presented an overall efficiency of 91.5%, a power factor greater than 0.99 and a current total harmonic distortion lower than 5% in three phases. The harmonic currents are in accordance with the limits imposed by IEC Standard 61000-3-2:2014 to class A and C equipment. Furthermore, a high frequency current ripple equal to 16.97% and a percent flicker of 4.97% was obtained, which is in accordance with IEEE recommendations. The LEDs dimming allowed the reduction of the output power up to 50%, while the efficiency remained close to 91% and the power factor remained above 0.97. In addition, the total harmonic distortion was below 6% and the percent flicker was lower than 7% for the entire dimming range.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafael Oliveira Nunes.pdf: 2514852 bytes, checksum: 72d45d30f5d3d54f97f6401ca5005607 (MD5) Previous issue date: 2010-12-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Programmable integrated circuits for specified applications enable its adjustment after fabrication, to fit more than one application within a certain set of applications. These circuits are flexible, but could lose in performance when compared to other circuit constructed to serve only a specific application. A programmable system can be applied to measurements involving a set of sensors with different characteristics of signals and an analog-to-digital converter. The signal range for each sensor should be adjusted as close to the input range of analog-digital converter as possible, to ensure the measurement with the full range of the signal. A solution for ensure the adjustable ranges is the employ a measurement system with programmable conditioning circuit. In this work, an analog-to-digital converter with adjustable input range is proposed, providing, equivalently, an adjustable gain value to the analog input signal. The gain values compose a minimum set to ensure no loss of measurement range of the signal, with loss of resolution within an acceptable limit. The proposed converter is a discrete integrator type with switched capacitor circuits. Behavioral and SPICE simulations were performed to validate the proposed converter. / Circuitos integrados programáveis possibilitam o seu ajuste após a fabricação, para se adequar a mais de uma aplicação dentro de um conjunto determinado de aplicações. Esses circuitos são flexíveis, mas podem perder em desempenho quando comparado a outro circuito fabricado para servir a apenas uma aplicação específica. Um sistema programável pode ser aplicado em medições que envolvam um conjunto de sensores com características diferentes de sinais e um conversor analógico-digital. A faixa de sinal em cada sensor deve ser ajustada o mais próximo da faixa de entrada do conversor analógico-digital, para garantir a medição com a faixa completa do sinal. Uma solução para garantir o ajuste das faixas é o uso de um sistema de medição com circuito de condicionamento programável. Neste trabalho, um conversor analógico-digital com faixa de entrada ajustável é proposto, proporcionando, de forma equivalente, um valor de ganho ajustável ao sinal analógico de entrada. Os valores de ajuste pertencem a um conjunto mínimo de ganhos definidos para garantir que não haja perda da faixa de medição do sinal, com perda de resolução dentro de um limite aceitável. O conversor proposto é do tipo integrador discreto com circuitos a capacitor chaveado. Simulações comportamentais e em SPICE foram realizadas de forma a validar o conversor proposto.