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 AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The IxV curves tracers for PV modules are used as a method of diagnosis of problems such as shadowing, faulty connections and degradation conditions. There are several types and brands tracers commercially available, but their costs are quite high in the Brazilian market due to the need to import. This thesis describes the development and validation of a IxV curve tracer for PV modules based on the electronic load method using MOSFET as load to the module. By appropriate variation of the MOSFET gate-source voltage signal was possible to acquire the points of voltage and current of the PV modules terminals. These points were recorded using a data acquisition board with PIC18F2550, which is controlled by a computer via a USB with a graphical interface to the user. This interface was developed in MATLAB software ensuring greater flexibility and functionality to the device. For PV module temperature measurements PT100 sensors were used and measurements of solar irradiance was used a pyranometer LP02 model Hukseflux Thermal Sensor manufacturer, these sensors were connected to a supervisory system consists of a PC and a programmable logic controller (PLC). The validation process was conducted by comparing the electrical parameters provided by the developed tracer and the commercial tracer MINI-KLA. From this comparison an error was generated for each parameter. Three PV modules of different electrical characteristics (20 Wp, 87 Wp e 160 Wp) were used and there was similarity between the curves of the developed tracer with the curves of the commercial tracer. The average of errors of the electrical parameters for the 3 PV modules was less than 5% at no shading conditions. In two conditions of shading, the IxV curves provided by the two tracers for the KC 85 T PV module were compared and it was observed in the first situation that the MINI-KLA tracer could characterize only partially the curve while the tracer developed could characterize the curve fully, in the second situation there was great similarity between the curves of the two tracers with maximum percentage difference in the electrical parameters equal to 5.41%. / Os traÃadores de curva IxV para mÃdulos FV sÃo utilizados como um mÃtodo de diagnÃstico de problemas como sombreamento, conexÃes defeituosas e condiÃÃes de degradaÃÃo. Existem diversos tipos e marcas de traÃadores disponibilizados comercialmente, mas seus custos sÃo bastante elevados no mercado brasileiro devido à necessidade de importaÃÃo. A presente dissertaÃÃo aborda o desenvolvimento e a validaÃÃo de um traÃador de curva IxV para mÃdulos FV baseado no mÃtodo de carga eletrÃnica com uso de MOSFET como carga para o mÃdulo. AtravÃs da adequada variaÃÃo do sinal de tensÃo de gate-source do MOSFET foi possÃvel adquirir os pontos de tensÃo e corrente nos terminais dos mÃdulos FV. Estes pontos foram registrados atravÃs de uma placa de aquisiÃÃo de dados, com PIC18F2550, que à controlada via USB por um computador com uma interface grÃfica para usuÃrio. Esta interface foi desenvolvida com o software MATLAB, garantindo maior flexibilidade e funcionalidade ao dispositivo. Para mediÃÃes da temperatura do mÃdulo FV foram utilizados sensores PT100 e para as mediÃÃes de irradiÃncia solar foi utilizado um piranÃmetro modelo LP02 do fabricante Hukseflux Thermal Sensor; estes sensores foram utilizados atravÃs de um sistema supervisÃrio composto por um PC e um controlador lÃgico programÃvel (CLP). O processo de validaÃÃo foi realizado atravÃs da comparaÃÃo dos parÃmetros elÃtricos fornecidos pelo traÃador desenvolvido e pelo traÃador comercial MINI-KLA. A partir desta comparaÃÃo um erro foi gerado para cada parÃmetro. Foram utilizados 3 mÃdulos FV de diferentes caracterÃsticas elÃtricas (20 Wp, 87 Wp e 160 Wp) e observou-se proximidade entre as curvas do traÃador desenvolvido com as curvas do traÃador comercial. A mÃdia dos erros para os 3 mÃdulos relativa aos parÃmetros elÃtricos obtidos com os 2 traÃadores foi inferior a 5% em condiÃÃes sem sombreamento. Em duas condiÃÃes de sombreamento, as curvas IxV fornecidas pelos dois traÃadores relativas ao mÃdulo FV KC 85 T foram comparadas e observou-se na primeira situaÃÃo que o traÃador MINI-KLA conseguiu caracterizar apenas parcialmente a curva enquanto que o traÃador desenvolvido conseguiu caracterizar a curva totalmente, na segunda situaÃÃo observou-se grande proximidade entre as curvas dos dois traÃadores com diferenÃa percentual mÃxima nos parÃmetros elÃtricos igual a 5,41%.

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.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um sistema de ensaios elétricos de dispositivos de emissão de campo para que, a partir desses ensaios, possam ser extraídas as características elétricas desses dispositivos. O sistema é composto por hardware e software dedicados e pode ser controlado local ou remotamente. O hardware inclui uma fonte de alta tensão gerenciada por um sistema microcontrolado. Para programação do microcontrolador, foi utilizado um ambiente de programação disponibilizado pelo próprio fabricante do microcontrolador. Nesse desenvolvimento foram empregados periféricos de entrada e saída do microcontrolador, tais como: leitura de teclado, manipulação de USART, ajuste do nível de saída da fonte e conversores analógicos digitais. No microcontrolador foram implantadas rotinas de configuração, personalização e varredura do display, além de envio e recebimento de informações com um computador. Para o computador foi elaborado um programa dedicado para a manipulação do sistema de ensaio utilizando o conceito de instrumentação virtual, que permite escolher o tipo de ensaio elétrico, armazenar as leituras dos ensaios e a visualização \"on-line\" do andamento do ensaio através de diversos gráficos disponíveis no programa, inclusive o gráfico de Fowler-Nordheim, adequado para o estudo de dispositivos de emissão de campo. / At this work is presented the development of a field emission devices trial system to render possible to obtain the electrical characteristics of the field emission devices. Here are shown some results taken from some trials. During the development of the trial system, it was used at the programming microcontroller stage, the environment of programming supplied by the manufacturer of the microcontroller. At this development, peripheral of input and output from the microcontroller, like, keyboard reading, USART manipulation, SPI manipulation and analogic to digital converters were used. At the microcontroller were implanted routines of configuration, customing and display sweeping, besides the transmission and the receiving of instructions came from the computer. For computer, a program was elaborated dedicated for manipulation of the trials system applying the virtual instrumentation concept, storing readings of the trials as well as the visualization \"on-line\" of the course of the trial through available graphs in the program. As an important result of this work has the establishment of a system for trial of field emission devices controlled on place or remotely, system that is composed by hardware and software in which were made several trials with acquisition and data manipulation and the presentation of received information.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um sistema de ensaios elétricos de dispositivos de emissão de campo para que, a partir desses ensaios, possam ser extraídas as características elétricas desses dispositivos. O sistema é composto por hardware e software dedicados e pode ser controlado local ou remotamente. O hardware inclui uma fonte de alta tensão gerenciada por um sistema microcontrolado. Para programação do microcontrolador, foi utilizado um ambiente de programação disponibilizado pelo próprio fabricante do microcontrolador. Nesse desenvolvimento foram empregados periféricos de entrada e saída do microcontrolador, tais como: leitura de teclado, manipulação de USART, ajuste do nível de saída da fonte e conversores analógicos digitais. No microcontrolador foram implantadas rotinas de configuração, personalização e varredura do display, além de envio e recebimento de informações com um computador. Para o computador foi elaborado um programa dedicado para a manipulação do sistema de ensaio utilizando o conceito de instrumentação virtual, que permite escolher o tipo de ensaio elétrico, armazenar as leituras dos ensaios e a visualização \"on-line\" do andamento do ensaio através de diversos gráficos disponíveis no programa, inclusive o gráfico de Fowler-Nordheim, adequado para o estudo de dispositivos de emissão de campo. / At this work is presented the development of a field emission devices trial system to render possible to obtain the electrical characteristics of the field emission devices. Here are shown some results taken from some trials. During the development of the trial system, it was used at the programming microcontroller stage, the environment of programming supplied by the manufacturer of the microcontroller. At this development, peripheral of input and output from the microcontroller, like, keyboard reading, USART manipulation, SPI manipulation and analogic to digital converters were used. At the microcontroller were implanted routines of configuration, customing and display sweeping, besides the transmission and the receiving of instructions came from the computer. For computer, a program was elaborated dedicated for manipulation of the trials system applying the virtual instrumentation concept, storing readings of the trials as well as the visualization \"on-line\" of the course of the trial through available graphs in the program. As an important result of this work has the establishment of a system for trial of field emission devices controlled on place or remotely, system that is composed by hardware and software in which were made several trials with acquisition and data manipulation and the presentation of received information.