É muito difícil falar sobre aquecimento de água usando energia solar, sem falar em energia de apoio, ou auxiliar. Essa indispensável energia auxiliar, que pode ser eletricidade, gás ou um outro combustível qualquer, tem por objetivo substituir a energia solar nos dias nublados, ou complementá-la nos períodos de baixa radiação solar. Sua finalidade é manter um certo volume de água quente dentro das condições mínimas de temperatura para uso imediato. Essa energia, tão importante para a eficácia do sistema, tem sempre um custo agregado que deve ser considerado no projeto. A escolha do tipo de energia auxiliar recai justamente sobre a eletricidade por sua facilidade de controle e baixo investimento inicial. O custo da energia elétrica, contudo, é hoje alto o suficiente para que a fração elétrica no consumo de energia do sistema seja importante e passe a merecer mais atenção. Esta dissertação visa a estudar estratégias para minimizar o consumo de energia elétrica auxiliar. O trabalho foi desenvolvido através da simulação do atendimento de uma residência unifamiliar, habitada por cinco pessoas, com um consumo de água quente variável ao longo do dia e igual para todos os dias do ano. Empregou-se para as simulações de todos os casos estudados, o software TRNSYS em sua versão 14.2, (KLEIN, 1997) que demonstrou eficácia e coerência nos resultados obtidos Ao longo do trabalho foram simulados mais de setecentos casos, variando-se parâmetros como área de coletores, volume do reservatório, potência elétrica, dentre outros. Com os resultados obtidos nas simulações foram elaboradas tabelas e gráficos dos quais foi possível retirar algumas conclusões relevantes tais como a dependência do consumo de energia auxiliar com o volume do reservatório, número de coletores, potência da resistência de aquecimento e sua altura, bem como a altura do termostato. A partir dos resultados deste trabalho foi possível a elaboração de uma série de recomendações relativas a estudo e a projeto de sistemas de aquecimento solar de água quente para uso doméstico, visando à otimização na utilização do sistema de energia auxiliar.

Foi projetado e construido um equipamento de refrigeração por absorção intermitente, com a utilização da mistura água-amônia, para produzir gelo. Tem-se como fonte de calor a energia solar, obtida com coletores concentradores de párabola composta. O trabalho envolve vários assuntos; foram descritas analiticamente as propriedades gerais da mistura a b s o mte- refrigerante , e analisados experimentalmente os parametros de real significado no desempenho dinâmico e.funcionamento, tais como, evaporação, candensação e absorção, bem c2 mo as relações existentes entre eles. De modo mais completo, foram avaliadas a eficácia do sistema e as condições nas quais se pode otimizar o desempenho.A abrangência dos assuntos de forma ampla, tem por finalidade servir de subsidios a futuras pesquisas que venham a ser desenvolvidas nesta área. / A full equipment for intemittent absorption ref rigeration , was designed and constructed by utilizing water plus anmonia mixture to produce the ice. The heat some was solar energy obtained from parabolic compound concentrators type collectors. The objetive of this work were numerous covering from an analytical Zescription o£ the general properties of the refrigerant-absorbent mixture , to determine experime-n tally the influente of the most fmportant parameters on the dynamic behavior characteristics. Such parameters include evaporation, condensation, absorption and relationships among thern. Further a11 conditions w e r e optimized to give the best system efficiency. The wide analysis of this matter was perf ormed with the aim to give origin to other future research lines on this particular area.

Neste trabalho se realiza um estudo exploratório de uma simulação computacional em que há um sistema fotovoltaico interligado a rede de um ambiente climatizado e avaliam-se os efeitos e possibilidades de interação entre o sistema de condicionamento de ar e o sistema fotovoltaico na edificação. Utilizando a ferramenta de simulação computacional EnergyPlus, foram desenvolvidas duas linhas de análise para a aplicação fotovoltaica na edificação, a primeira que pretende minimizar o consumo elétrico anual e uma segunda que pretende aliviar o sistema elétrico no horário de pico observado para esta edificação, nas duas linhas de pesquisa também se estuda o efeito do sombreamento dos arranjos fotovoltaicos sobre a edificação. A declaração detalhada de materiais, superfícies de transferência de calor, zonas térmicas, equipamentos e horários de utilização compõem o estudo de caso de forma personalizada, buscando aproximar-se da realidade. Busca-se contribuir com o desenvolvimento de uma metodologia de análise de edificações com energia solar fotovoltaica através de simulações computacionais que possibilitam análises térmicas, energéticas e econômicas de edificações com sistemas fotovoltaicos. Este estudo serve de base e motivação a uma aplicação da energia solar fotovoltaica como promissora alternativa energética em edificações, e incentiva o desenvolvimento de meios que levem a tecnologia solar fotovoltaica a se tornar cada vez mais viável e presente no cenário energético das edificações. O trabalho exemplifica a atuação oportuna de sistemas fotovoltaicos com sistemas de refrigeração, e demonstra quantitativamente as vantagens da aplicação destes sistemas em edificações difundindo a aplicação da tecnologia solar fotovoltaica e a aplicação do software EnergyPlus como poderosa ferramenta de análise. / In this work it is realized an exploratory study of a computational simulation where it has a photovoltaic system connected to the net of a refrigerated environment and evaluates the effect and interaction possibilities between the conditioning system of air and the photovoltaic system in the building. Using the computational simulation tool EnergyPlus, two lines of analysis for the photovoltaic application in the construction were developed, the first one that intends to minimize annual electric consumption and the second that intends to alleviates the electrical system in the peak time observed for this building. The detailed declaration of materials, the heat transfer surfaces, zones, equipment and schedules of use compose the study of case and personalized form, searching to come close itself to the reality. It is desired to contribute with the development of a methodology of analysis of buildings with photovoltaic solar energy through computational simulations that make possible thermal, energy and economic analyses of constructions with photovoltaic systems. This study serves as a base and motivation to an application of the photovoltaic solar energy as promising energy alternative in buildings, and stimulates the development of ways that take the photovoltaic solar technology to become each more viable and present in the energy scene of the constructions. The work shows the opportune performance of photovoltaic systems with refrigeration systems, and quantitatively demonstrates the advantages of the application of these systems in constructions spreading out the application of the photovoltaic solar technology, and the application of EnergyPlus software as a powerful tool of analysis.

Foi realizado um estudo para analisar a distribuição de temperaturas entre as células de um módulo fotovoltaico e verificar a possível influência desta distribuição de temperaturas nos resultados de ensaios de características elétricas dos módulos. Teoricamente foram analisadas as principais características que justificariam diferenças de temperatura entre as células de um módulo fotovoltaico. Dentre estas características estão o posicionamento das células do módulo fotovoltaico, a quantidade de radiação solar que é absorvida pelas células, as condições ambientais, as propriedades dos materiais que compõem o módulo fotovoltaico e as condições de carga. Com base nestes resultados foi desenvolvido um programa computacional para realizar simulações considerando as condições ambientais como dados de entrada. No seu desenvolvimento foram realizados ensaios para ajustar as características associadas aos materiais do módulo e verificar a coerência dos coeficientes de transferência de calor. Foram medidas as temperaturas das células do módulo fotovoltaico com três metodologias diferentes: usando termometria sem contato, com sensores de contato e com recurso de imagens termográficas. Durante os ensaios em condições de operação o módulo foi colocado em circuito aberto e curto-circuito por determinados intervalos de tempo, sempre acompanhado da medida da temperatura das suas células. Todos os módulos ensaiados apresentaram distribuições de temperaturas não uniformes na condição de curto-circuito. Em relação ao programa de simulação considera-se que seus resultados seguem de forma bastante satisfatória as temperaturas medidas quando o módulo está em diferentes condições ambientais. Concluiu-se, tanto da análise teórica quanto da análise experimental, que o efeito da distribuição de temperatura sobre as curvas características dos módulos é muito pequeno. Mesmo assim, para evitar os efeitos de distribuição não uniforme de temperatura, os módulos devem ser preparados para os ensaios de curvas características na condição de circuito aberto e não em curto-circuito. Adicionalmente ficou evidenciado que a escolha equivocada de uma célula mais aquecida, como representativa da temperatura média do módulo, pode acarretar em um erro importante que é repassado à curva característica quando esta é transladada para uma condição de interesse. / A study was made to analyze the cell temperature distribution in a photovoltaic module and to verify the possible influence of this temperature distribution in the results of the module characteristic determination tests. The main factors that could originate temperature differences between cells were theoretically analyzed. Among these factors are the cells positioning in the module, the amount of solar radiation absorbed by the cells, the environmental conditions, the properties of the materials that compose the photovoltaic module and the load conditions. A simulation software, considering meteorological conditions as input data, was developed. Tests were carried out in order to adjust the characteristics associated to the module materials and to verify the coherence of the heat transfer coefficients. The temperatures of the photovoltaic module cells were measured with three different methodologies: using non-contact thermometry, with contact temperature sensors and with the resources of thermographic imagery. The modules were tested under different environmental conditions. During the tests under operational conditions, the module was connected in open-circuit and short-circuit for determined time periods, while the cells temperatures were monitored. All the tested modules presented non-uniform temperature distribution under the short-circuit condition. Concerning the simulation program, we consider that its results follow the measured temperatures in a very satisfactory way for any environmental condition. We concluded, either from the theoretical as from the experimental analysis, that the effects of the temperature distribution in the module characteristic curve are very small. Anyway, in order to avoid the possible consequences of non-uniform temperature, the modules should be prepared for characteristic curves tests under the open-circuit condition and not in short-circuit. Furthermore, it became evident the care that should be taken when choosing a cell as a representative of the average temperature of the module. A bad choice can lead to an important error that is propagated when the characteristic curve is translated to an operational condition of interest.

A conversão de energia solar diretamente em energia elétrica a partir do efeito fotovoltaico é uma forma confiável de geração de eletricidade. O crescimento das instalações fotovoltaicas na última década tem provado sua viabilidade quando acompanhada de programas de incentivo apropriados. As células e módulos fotovoltaicos possuem um comportamento elétrico característico e a determinação da curva característica I-V (corrente versus tensão) é essencial para a determinação da qualidade do dispositivo além de fornecer os parâmetros para dimensionamento e estimativa de geração de eletricidade. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema para traçar a curva característica I-V de módulos fotovoltaicos. O sistema possui uma fonte de quatro quadrantes para polarização do módulo, multímetros para medida simultânea de tensão e corrente formando pares I-V da curva característica, multímetro para medida de irradiância solar por meio de uma célula de referência de silício monocristalino e multímetro para medida de temperatura do módulo fotovoltaico utilizando um sensor Pt100. Todo o sistema é gerenciado por um programa de computador desenvolvido em linguagem Visual Basic®. O programa envia os comandos para os multímetros e fonte através de uma interface USB - GPIB. Os limites do sistema são ± 100 V e ± 10 A, determinados pela característica da fonte utilizada. A tensão de polarização é em forma de rampa com tempo de duração variável e também é ajustada através do programa. O sistema pode medir curvas com até 2000 pontos e o tempo de medida mínimo de cada ponto foi limitado em 50 μs. Durante a medida da curva característica é medida simultaneamente a irradiância solar. O sistema desenvolvido apresentou-se eficiente na medida da curva característica e a densidade de pontos adquirida permite estudos e determinação de parâmetros de maneira precisa. O método de disparo dos multímetros utilizado permite a garantia da simultaneidade da medida do par I-V e a utilização do sistema operacional Windows® permite flexibilidade e facilidade no tratamento dos dados. / The direct conversion of solar energy into electrical energy by means of the photovoltaic effect is a reliable way to generate electricity. The increasing number of photovoltaic installations in the last decade has proved its viability when stimulated by appropriate incentive programs. Photovoltaic cells and modules have peculiar electrical features and the measurement of the characteristic I-V (current - voltage) curve is essential to determine the device's quality. Besides it provides parameters for dimensioning and estimating electricity generation. This work presents the development of a system designed to trace the I-V curve of photovoltaic modules. The system has a four quadrant power supply to polarize the module, two multimeters for measuring I-V pairs of the characteristic curve, one multimeter to measure solar irradiance using a monocristaline silicon reference cell and one multimeter to measure the module temperature using a Pt100. The system is managed by a program developed in Visual Basic® which sends commands to the instruments via a USB - GPIB interface. The system limits are ± 100 V and ± 10 A, limited by the power supply range. The sweeping voltage is a ramp waveform and it is also programmable by the software. The system can measure 2000 points in each curve and the acquisition time of each point is limited to 50 μs. While tracing the characteristic curve, solar irradiance is simultaneously measured. The system is working efficiently and the number of measured points allows studies to obtain precise parameters. The triggering method assures simultaneously measurements of the I-V pair. The use of Windows® operational system allows flexibility and simplicity when dealing with the data in post processing software.

O potencial dos sistemas de aquecimento de água por energia solar no Brasil é excelente devido às características climáticas favoráveis do país. A performance destes sistemas é bastante influenciada também pelos materiais empregados e dimensões de seus equipamentos e componentes. Diante do aquecimento global, a energia solar ganha maior atenção sendo umas das energias renováveis a ser empregada em grande escala para substituir alguns tipos de energias poluentes. Neste trabalho, apresenta-se o aperfeiçoamento de um programa computacional para simulação de sistemas térmicos de aquecimento de água utilizando energia solar em regime de termossifão ou circulação forçada, programa este que teve seu desenvolvimento iniciado no âmbito do Laboratório de Energia Solar da UFRGS, chamado TermoSim, sendo esta sua versão 3.0. A partir desta versão este software é capaz de realizar simulações com seis diferentes possibilidades de arranjos combinados com o tipo de energia auxiliar utilizada: sistemas com coletores solares com energia auxiliar a gás de passagem, elétrico de passagem, elétrico interno ao tanque, elétrico em série na linha de consumo, a gás em série na linha de consumo, e sem energia auxiliar. O programa é uma ferramenta de auxílio para estudos e análises de sistemas de aquecimento solar, com uma interface amigável e de fácil entendimento e utilização dos resultados. Além disso, esta nova versão permite também realizar simulações levando em conta as perdas de calor à noite, situação em que a circulação reversa pode ocorrer resultando na redução da eficiência, dependendo do sistema simulado. Foram realizadas diversas simulações com os modelos matemáticos empregados e feitas comparações entre os sistemas utilizando dados climáticos da cidade de Caxias do Sul, no Rio Grande do Sul, determinando-se o sistema com a configuração mais eficiente para um dado perfil de consumo de água. Finaliza-se o trabalho com análises econômicas simples com o objetivo de prever o tempo de retorno do investimento, levando-se em conta o preço para tarifa de energia elétrica e as possíveis economias mensais com um sistema utilizando a energia solar. / The potential of solar water heating systems through solar energy in Brazil is excellent due to the climatic features of the country. The performance of these systems is highly influenced also by the materials used to build it and by the dimension of its equipments and components. In face of global warming, solar energy gains more attention, since it´s one of the renewable energy that will be largely used to replace some of the existing polluting types of energy. This paper presents the improvement of a software that conducts simulations of water heating systems using solar energy in thermosiphon regime or forced circulation. TermoSim, as it is called, was initiated at the Solar Labs, and is in its version 3.0. The current version is capable of simulating 6 different arrangements´ possibilities combined with auxiliary energy: systems with solar collectors with auxiliary energy with gas, electric energy, internal electric energy, electric energy in series with the consumption line, and no auxiliary energy. The software is a tool to aid studies and analysis of solar heating systems, it has a friendly interface that is easy to comprehend and results are simple to use. Besides that, this version also allows simulations that consider heat losses at night, situation in which a reverse circulation can occur and mean efficiency loss, depending on the simulated system type. There were many simulations with the mathematical models used and comparisons were maid with the climatic data of the city of Caxias do Sul, in Rio Grande do Sul state, in Brazil. This way we were able to determine the system with the most efficient configuration for the simulated water consume profile. The paper is finalized with simple economic analyses with the intention of foreseeing the time for payback on the investment, taking into account the current prices for electrical energy in the simulated area and the possible monthly economy provided with the use of a solar energy heating system.

Os sistemas fotovoltaicos autônomos apresentam-se como uma alternativa adequada para a eletrificação rural. Entanto, existem ainda problemas que devem ser resolvidos, fundamentalmente associados ao projeto do sistema e à qualidade técnica dos equipamentos, instalações e os quais influem diretamente sobre a confiabilidade. Para determinar os fatores que incidem sobre a confiabilidade foram estudados os modos de operação e as falhas mais comuns nos sistemas fotovoltaicos autônomos. Pesquisas realizadas no Laboratório de Energia Solar da UFRGS, em conjunto com uma extensa revisão bibliográfica, mostram os problemas técnicos básicos que se produzem em cada um dos elementos da instalação e a dependência entre eles. Estes estudos, combinados com testes sobre baterias automotivas, mostraram que o sistema de acumulação é o elo mais fraco do sistema no aspecto confiabilidade e economia, devido à diminuição de sua capacidade de armazenamento. Isto motivou a considerar os elementos de armazenamento como o foco deste estudo e, através da análise do seu comportamento, apresentar um procedimento que permita dimensionar sistemas fotovoltaicos autônomos com elevada confiabilidade, configuração adequada e baixo custo. Esta Tese tem como objetivo realizar uma análise teórica e prática do impacto das baterias sobre a confiabilidade técnica e viabilidade econômica de sistemas fotovoltaicos autônomos. Para atingir este objetivo, além da realização de testes experimentais, desenvolvimento e ajustes de modelos matemáticos, também foi aperfeiçoada uma ferramenta computacional denominada PVSize. O aperfeiçoamento deste software visa permitir o cálculo de diferentes configurações de sistemas e determinar os riscos de déficit de energia sobre as mesmas, bem como as figuras de mérito econômicofinanceira associados ao projeto escolhido. Como parte deste estudo foi instalado um sistema fotovoltaico autônomo e foram montadas bancadas de ensaio de componentes do sistema. Medições realizadas nestes sistemas permitiram verificar os modelos matemáticos que descrevem o comportamento individual de cada dispositivo e caracterizar os elementos que compõem o sistema. Através de análises experimentais e o seguimento do comportamento do banco de baterias do sistema experimental ao longo de um ano, determinou-se que a conexão de baterias em paralelo acelera o processo de degradação das baterias, e esta degradação tem impacto diferenciado sobre a perda de capacidade de cada bateria. Como resultado deste estudo foi verificado o impacto que a perda de capacidade das baterias tem sobre a confiabilidade de um sistema fotovoltaico autônomo. Além disso, foi aperfeiçoada uma ferramenta de análise e modelagem computacional que determina o nível de confiabilidade de um sistema fotovoltaico autônomo associado à aparição de falhas e ao dimensionamento com elementos reais, à característica estocástica da radiação solar, ao perfil de consumo de energia elétrica e ao efeito de diminuição da capacidade do sistema de acumulação com o tempo. / Stand-alone photovoltaic systems are a suitable alternative for rural electrification. However, there are still problems to be solved, mainly related to the system design and the technical quality of the equipment and facilities, which have impact on the systems reliability. To determine the factors that affect the reliability of these systems were studied the most common configurations and associated failures. The Laboratory experimental research, together with an extensive literature review, show the basic technical problems that occur to each of the elements of the installation and the dependence between them. These studies have shown that the storage system, considering system reliability and economy, is the weakest element due to the decrease of their storage capacity. This fact led to consider the storage systems as the focus of this study and, through the analysis of their behavior, to develop a procedure to size systems with high reliability, lower cost and appropriate configuration. The goal of this Thesis is determinate the impact of batteries on the technical reliability and economic viability of photovoltaic systems. This goal was achieved through experimental testing and the development and adjustment of mathematical models. These models were implemented to preexisting software called PVSize. The improved software allows the calculation of different configurations of systems and to determine the loss of load probability and the figures of merit associated to the chosen economic-financial project. On this work was installed a photovoltaic system and was developed a battery testing system. The values measured in these systems allow to verify the mathematical models that describe the behavior of each device and characterize the components of the system. Experimental analysis of the behavior of a bank of batteries along a year showed that the connection of batteries in parallel accelerates the batteries degradation process, and this degradation has differentiated impact on the loss of capacity of each battery. This study allowed to evaluate the impact that the loss of capacity of batteries has on the reliability of an stand-alone photovoltaic system. It was also improved a software that allow to determine the level of technical reliability due to the design, the stochastic characteristic of solar radiation, the profile of electric power consumption and the effect of the accumulation loss capacity over the time.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-05-09T15:37:16Z No. of bitstreams: 1 2017_WeslyJean.pdf: 5526673 bytes, checksum: 767ff8d97a23b06a67704044e5d525b2 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline (jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2017-05-16T14:36:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_WeslyJean.pdf: 5526673 bytes, checksum: 767ff8d97a23b06a67704044e5d525b2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-16T14:36:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_WeslyJean.pdf: 5526673 bytes, checksum: 767ff8d97a23b06a67704044e5d525b2 (MD5) / A eletrificação das comunidades isoladas e/ou áreas rurais tem sido uma grande preocupação de muitos governos e instituições não governamentais nos últimos anos. As fontes renováveis de energia vêm sendo uma das alternativas mais promissoras utilizadas nas últimas décadas para enfrentar esse grande desafio. Este presente trabalho consiste em usar os recursos locais (solar e eólico) para projetar e simular um sistema híbrido de energia por meio do programa HOMER numa comunidade isolada no Haiti. A comunidade possui uma igreja, uma escola e algumas residências, portanto, o projeto deve atender as cargas elétricas de todas essas unidades. No trabalho foi feita análises de viabilidade econômica e técnica da implantação do projeto. É um projeto que pode entrar no programa “Banm limyè, banm lavi” do governo haitiano que tem por objetivo de levar energia elétrica para todas as comunidades do país. Primeiramente, foi feita uma revisão de literatura sobre os principais temas envolvendo o trabalho, onde foram descritas as relações entre energia e comunidades, energia e pobreza, energia e sustentabilidade, sistemas híbridos e ferramentas de simulação. Depois, foi feita a caracterização da comunidade, apresentando os seus aspectos geográficos, econômicos, populacional e climáticos, assim como, a sua caracterização energética. Em seguida, foi apresentado o estado da arte do programa em questão, com sua descrição geral, sua formulação energética e os principais recursos usados nesse trabalho. E por último foi realizado a simulação através da ferramenta computacional HOMER para determinar se o projeto é tecnicamente e financeiramente viável, neste, para fins de análises, foi comparado algumas configurações encontradas na simulação e que nesse trabalho são denominadas de configurações intensivas. Analisando os resultados, foi possível determinar qual foi a configuração intensiva que melhor atende a comunidade visando equilibrar os detalhes técnicos e econômicos. As conclusões mostraram que projetos de energias deste tipo podem contribuir para abastecer comunidades isoladas usando os recursos locais e assim, fazendo a inclusão social destas pessoas desprovidas das necessidades mais básicas. / The electrification of isolated communities and/or rural areas is a major concern of many governments and non-governmental institutions around the world. Recently, one of the most promising alternatives to meet this great challenge is the use of renewable energy sources. This work consists of using the local resources (solar and wind) to design and simulate a hybrid energy system through the HOMER program in an isolated Haitian community. This community has a church, a school and some residences, thus the project must meet the electric charges of all these entities. The economic and technical feasibility analyzes of the project implemented were made as part of this work. This research project could enter into the "Banm limyè, banm lavi" program of the Haitian government that aims to bring electricity to all communities in the country. Firstly, a literature review was carried out on the main themes involving the work, where the relations between energy and communities, energy and poverty, energy and sustainability, hybrid systems and simulation tools were described. Afterwards, the community was characterized by presenting its geographic, economic, population and climatic aspects, as well as its energy characterization. Next, the state of the art of the program in question was presented by underlining the general description, energetic formulation and the main resources used in this work. Finally, the simulation through the HOMER program was performed to determine if the project is technically and financially viable. For analysis purpose, we compared some of the configurations found in the simulation, which are called intensive configurations. The intensive configuration which well serves the community in order of balancing the technical and economic details was determined through the results analysing. This work shows that energy projects of this type can contribute to supply energy to the isolated communities using local resources and make the social development of these people devoid of the most basic needs.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Gabriela Lima (gabrieladaduch@gmail.com) on 2017-11-30T12:57:36Z No. of bitstreams: 1 2017_ClaudioOrlandoAdasmeCorvalán.pdf: 10557546 bytes, checksum: 3f29a947e2c52e16174540dc13d600c1 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-01-25T13:21:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_ClaudioOrlandoAdasmeCorvalán.pdf: 10557546 bytes, checksum: 3f29a947e2c52e16174540dc13d600c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-25T13:21:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_ClaudioOrlandoAdasmeCorvalán.pdf: 10557546 bytes, checksum: 3f29a947e2c52e16174540dc13d600c1 (MD5) Previous issue date: 2018-01-25 / O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um modelo numérico de um sistema de armazenamento de energia térmica (TES), consistiu num meio do tipo poroso que armazena energia em forma de calor sensível. O modelo proposto considera um sistema de duas equações diferenciais, que definem o balanço de energia das duas fases envolvidas, o fluido de transferência e o sólido poroso. Estas duas equações estão inter-relacionadas pela transferência de calor por convecção. Para definir alguns parâmetros do modelo matemático, foram realizadas simulações 3D numéricas por médio de um software da dinâmica dos fluidos computacional (CFD). As simulações estacionárias consideraram variados comprimentos do meio poroso, como resultado, uma correlação empírica entre os números de Nusselt, Reynolds e Prandtl foi proposta. Os resultados do modelo e das simulações mostraram uma boa concordância, tanto na temperatura de saída do fluido, como na energia térmica armazenada no sólido. Em seguida, usando o modelo proposto, foram estudados os ciclos de carga e descarga do sistema para avaliar a sua evolução termodinâmica. Depois de alguns ciclos, o sistema de armazenamento chegou a um estabilidade térmica, mantendo estável os perfis de temperatura das fases no fim de cada processo de carga e descarga térmica. As curvas de eficiências em função dos parâmetros do comprimento e fluxo foram também elaboradas. Os resultados das analises anteriores estiveram dentro do esperado para este tipo de sistema, mostrando assim que o modelo proposto pode ser uma ferramenta útil e rápida para a analise operacional de este tipo de sistemas. / This work presents the results of a numerical modelling of a thermal energy storage system (TES). The storage media was defined as a solid honeycomb porous media for the storage of sensible heat. An air-solid two equation lumped model to the porous medium was formulated and solved numerically. In order to obtain the convective heat transfer coefficient, several 3D simulations in CFD software were performed considering different lengths for the storage medium. As result, an empirical Nusselt Reynolds correlation was proposed, this correlation, in conjunction with the proposed model, was validated with simulations performed in transient and steady state, showing a good agreement. Hence, using the model proposed, charge and discharge cycles were performed to evaluate the total energy storage and the outlet fluid temperature. Cycle stability was reached after several continuous cycles and efficiency curves as a function of length and mass flux were elaborated. These continuous operation results were in line with other works reported, proving that the proposed model can be a useful tool that it’s capable to perform complete operational cycles with a relative faster simulation time.

Sistemas para a geração de eletricidade a partir de fontes renováveis de energia, com um mínimo impacto ambiental, apresentam uma contribuição energética cada vez mais significativa, sendo importante conhecer em detalhe o comportamento dos mesmos. A radiação solar e o vento podem se mostrar complementares, sendo interessante empregar uma combinação eólica e fotovoltaica em um sistema único. Os sistemas assim constituídos recebem o nome de sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos e em algumas aplicações podem mostrar vantagens em relação aos sistemas singelos. Esta Tese tem por objetivo contribuir com o conhecimento sobre o comportamento de sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos de pequeno porte. Para obter dados experimentais foi montado um protótipo no Laboratório de Energia Solar, constituído de um painel de 420 Wp e de um aerogerador de 400 W de potência nominal, sendo que para o acionamento do aerogerador foi instalado um túnel de vento. Para a observação do comportamento do sistema híbrido foi também montado um sistema de monitoramento, sendo analisadas na Tese as incertezas associadas às medições realizadas. O sistema de monitoramento forma parte de um sistema mais amplo, que permite também o controle da velocidade do vento no túnel de vento e a ativação automática de um conjunto de cargas resistivas para simular o perfil de consumo. A Tese discute os modelos matemáticos de todos os componentes do sistema, assim como as principais configurações que podem ser dadas aos sistemas híbridos. Foram realizadas várias experiências com o sistema híbrido que permitiram a coleta de informações sobre o comportamento dos componentes independentes e como um todo Essas informações, por sua vez, serviram de base para a validação de modelos matemáticos dos diversos componentes do sistema, que foram integrados em um programa computacional de simulação elaborado como parte desta Tese. Além dos resultados do funcionamento do sistema híbrido experimental, a Tese mostra os resultados do programa de simulação e faz uma estimativa da aplicação de sistemas híbridos semelhantes em localidades de Rio Grande do Sul, a partir da informação do Atlas Eólico do Estado.