Made available in DSpace on 2013-08-07T18:52:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000434645-Texto+Completo-0.pdf: 2873661 bytes, checksum: 6694c7a444c8a14c7c6a3a5f6dbc2b1f (MD5) Previous issue date: 2011 / This work presents the study and development of the small-signal dynamic modeling of the ZETA converter operating in discontinuous conduction mode, powered from photovoltaic solar panels in order to connect them to the power grid. Initially, it is presented a study of the main characteristics of solar cells. A deep analysis of the ZETA converter working in steady state is performed, considering that the Zeta converter synthesizes a rectified sine wave current with the same frequency as the power grid. This feature makes this converter a key part in implementing the module integrated inverter for photovoltaic systems. The converter is analyzed in the switching frequency and in the power grid frequency. A detailed examination of the dynamic behavior of the Zeta converter is achieved by the state-space averaging modeling approach, resulting in a linear analytical model described in state variables. In all tests it was assumed that the commercial power grid presents a resistive load behavior (variable value). Finally, the analytical dynamic model obtained is validated through computer simulations and by laboratory tests on a prototype specially designed for this purpose. / Este trabalho apresenta o estudo e o desenvolvimento da modelagem dinâmica de pequenos do conversor ZETA operando no modo de condução descontínuo, alimentado a partir de painéis solares fotovoltaicos, para conexão à rede elétrica. Inicialmente, é apresentado um estudo das principais características das células solares. Uma análise profunda sobre o conversor ZETA operando em regime permanente é realizada, considerando que o mesmo sintetiza uma onda senoidal retificada de baixa freqüência. O conversor é analisado tanto na freqüência de comutação como na freqüência da rede elétrica. Esta característica transforma este conversor em uma peça fundamental na implementação do inversor módulo integrado para sistemas fotovoltaicos. Um exame detalhado do comportamento dinâmico do conversor é realizado através da abordagem do modelo médio no espaço de estados, resultando em um modelo linear analítico descrito em variáveis de estado. Em todas as análises se assume a rede elétrica comercial como uma carga com comportamento resistivo (variável). Por fim, o modelo dinâmico analítico obtido é validado através de simulações computacionais e através de ensaios laboratoriais em um protótipo especialmente elaborado para este fim.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000418751-Texto+Completo-0.pdf: 6725279 bytes, checksum: e5d1c8ffd25a23f7c4192f021029d702 (MD5) Previous issue date: 2009 / This work presents the study and development of a processing power system that could be used in the connection of renewable energy sources to commercial power grid. The system consists of a ZETA converter associated with a bridge inverter operating at low frequency. The Zeta converter, operating in discontinuous conduction mode (DCM), plays the main role in this arrangement, producing a rectified sinusoidal current waveform synchronized with the electric grid. The function of the full-bridge inverter, connected in cascade with the Zeta converter, is to reverse every 180° the current generated by the Zeta converter. Initially it presents the analysis of the Zeta converter operating in DCM, as well as a design criterion. Following by the control strategy and the experimental results for the proposed system are presented and discussed. / Este trabalho apresenta um estudo do conversor CC-CC Zeta operando no modo de condução descontínuo, produzindo uma corrente senoidal retificada em sua saída, corrente esta que será entregue à rede elétrica comercial através de um inversor de ponte completa operando em baixa freqüência. O conversor Zeta, em conjunto com o inversor de ponte completa, forma o inversor módulo integrado. Um controle FeedForward é utilizado para se obter a máxima potência disponível nos painéis solares. Este controle é desenvolvido através de aproximações lineares das características elétricas dos painéis solares quando nestes incidem diferentes níveis de insolação e temperatura. É apresentado neste trabalho o modelo de espaços de estados médio para o conversor Zeta operando no modo de condução descontínuo, considerando a resistência interna da maioria dos seus componentes. Simulações e resultados experimentais são apresentados.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000402013-Texto+Parcial-0.pdf: 142332 bytes, checksum: cff810ef59b72c282454906ddd24fa55 (MD5) Previous issue date: 2008 / The purpose of this work was the development of new techniques in order to obtain selective emitters to process high efficiency silicon solar cells. A selective region of BSF (Back Surface Field) was obtained by the development of the technique A, using laser radiation. A Nd:YAG solid-state laser processing system, with 1,064 μm wavelength and gaussian energy distribution, is used in this work. Materials 1, 2 and 3 were used. Selective emitters on the front side emitter n+ were obtained by two different techniques (B and C), both using laser diffusion. The best configuration of selective emitters achieved for technique B, results in the sheet resistance of 17 Ω/⌁ and 178 Ω/⌁, for the n++ and n+ regions, respectively. For the technique C, it was observed that a silicon oxide with phosphorus is needed to obtain a selective emitter structure. The best result shows sheet resistances of 20 Ω/⌁ (n++) and 40 Ω/⌁ (n+). / O objetivo desta dissertação foi o desenvolvimento de técnicas para a obtenção de emissores seletivos para fabricação de células solares de alta eficiência. Uma região seletiva de BSF (Back Surface Field) foi obtida por meio do desenvolvimento da técnica A, com emprego de radiação laser. O equipamento utilizado é um laser de estado sólido Nd:YAG, com comprimento de onda do infravermelho próximo (1,064 μm) e perfil de distribuição de energia gaussiano. Foram utilizados os materiais 1, 2 e 3. O emissor seletivo na região n+ frontal foi obtido por meio de duas técnicas (B e C), ambas com a utilização de difusão por laser: A melhor configuração de emissor seletivo para a técnica B apresentou resistência de folha da ordem de 17 Ω/⌁ e de 178 Ω/⌁, para as regiões n++ e n+, respectivamente. Para a técnica C, concluiu-se que a presença de óxido de silício rico em fósforo é necessária para obter o emissor seletivo. O melhor resultado em termos da resistência de folha foi de 20 Ω/⌁ (n++) e de 40 Ω/⌁ (n+).

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000445280-Texto+Completo-0.pdf: 9550362 bytes, checksum: 89bd2eb9be946101305ba1c7cc3020ee (MD5) Previous issue date: 2012 / The main goal of the solar cell industry is to obtain high efficiency and low production cost. One line of action is to increase the efficiency of industrial solar cell. The goal of this dissertation is to develop n+pn+ solar cells in p-type Si-Cz wafer, solar grade, with metallization by screen printing and to evaluate the influence of the n+ emitter and PV159 and PV16A silver pastes on cell efficiency. Parameters such as time, temperature of phosphorus diffusion, annealing, metal paste firing and antireflection coating thickness were optimized experimentally. We also evaluated the influence of the shadow factor metal grid, and the POCl3 concentration during P diffusion. For the metallization with the PV159 paste, it was concluded that the diffusion temperature (TD) of 875 °C and sheet resistance (R□) de 59 Ω/□ results in better efficiency of 13. 7 %. With the increase in TD to 900 °C it was found that all electrical parameters tend to decrease with increasing of R□ and the better efficiency obtained was 13. 4 %.It was verified that the annealing after the phosphorus diffusion hardly affects the efficiency of solar cells, however, slightly increases the junction depth. The belt speed and the temperature of the PV159 paste firing process resulting in higher efficiency and fill factor (FF) were 240 cm/min and 840 °C, respectively. It was shown that the reduction of the shadow factor from 9. 4 % to 8. 2 %, increased the JSC without decreasing the FF. With the PV16A paste, the TD of 875 °C results in efficiency of 13. 7 %, due to the elevated FF. However, with the reduction of TD to 850 °C, the FF is reduced due to the increase of R□. With the introduction of annealing step, the JSC decreased, but the FF increased, raising the efficiency from 10. 8 % to 13. 2 %. The use of POCl3 concentration of 0. 1 % without reducing O2 and N2 flows resulted in better efficiency for cells with PV16A paste, achieving 13. 9 %. Jointly with the increase of FF, the R□ decreased, limiting the JSC. The reduction of the gas flows led to lower values of JSC, due to the increase of "dead zone" thickness. For both pastes, the FF decreased with the increase of R□. / O principal objetivo da indústria de células solares é obter alta eficiência e baixo custo de produção. Uma das linhas de atuação é o aumento da eficiência de células solares industriais. O objetivo desta dissertação é desenvolver células solares n+pn+ em lâminas de Si-Cz do tipo p, grau solar, com metalização por serigrafia e avaliar a influência do emissor n+ e das pastas de prata PV159 e PV16A. Parâmetros como tempo, temperatura da difusão de fósforo, recozimento, processo de queima das pastas metálicas e espessura do filme antirreflexo foram otimizados experimentalmente. Também foi avaliada a influência do fator de sombra relativo à malha metálica, da concentração de POCl3 durante a difusão de fósforo. Para a metalização com a pasta PV159, concluiu-se que a temperatura de difusão (TD) de 875 °C e resistência de folha (R□) de 59 Ω/□ resultam na melhor eficiência de 13,7 %. Com o aumento da TD para 900 °C verificou-se que todos os parâmetros elétricos tendem a diminuir com o aumento da R□, e a melhor eficiência obtida foi de 13,4 %. Verificou-se que o recozimento após a difusão de fósforo praticamente não afeta a eficiência das células solares, porém, aumenta levemente a profundidade da junção.A velocidade de esteira e a temperatura de queima para a pasta PV159 que resultaram em maior eficiência e maior fator de forma (FF) foram, 240 cm/min e 840 °C, respectivamente. Comprovou-se que a diminuição do fator de sombra de 9,4 % para 8,2 %, aumentou a JSC sem reduzir o FF. Com a pasta PV16A, a TD de 875 °C resultou na eficiência de 13,7 %, devido ao elevado FF. No entanto, com a redução da TD para 850 °C, o FF sofre redução, devido ao aumento da R□. Com a introdução da etapa de recozimento, a JSC diminuiu, porém o FF aumentou, elevando a eficiência de 10,8 % para 13,2 %. A concentração de POCl3 de 0,1 % sem redução da vazão de O2 e N2 resultou na melhor eficiência para células com a pasta PV16A, de 13,9 %. Juntamente com o aumento do FF, a R□ diminuiu, limitando a JSC. A redução do fluxo dos gases levou a valores menores de JSC, devido ao aumento da espessura da “zona morta”. Para ambas as pastas, o FF reduziu-se com o aumento da R□.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000438708-Texto+Completo-0.pdf: 1265102 bytes, checksum: 1d86058013f27ca81544706e2f78b901 (MD5) Previous issue date: 2012 / The aim of this thesis was to develop and compare methods for the formation of the back surface field and emitter with boron using n-type and p-type solar-grade Si-Cz wafers as well as analyze and optimize a manufacturing process of solar cells with structure n+pp+ and back surface field formed by boron. The highly doped p+ region was formed by spin-on deposition of the liquid dopants PBF15 and PBF20 and diffusion in standard quartz tube furnace. It was found that with diffusion at 900 °C, it is possible to obtain the suitable sheet resistance to form the emitter. However, to form the back surface field, the boron diffusion should be implemented at 1000 °C. For both temperatures, the sheet resistance obtained in n-type substrate is higher than that measured in p-type wafers, independent of diffusion time. Boron diffusion, in general, increases the minority carrier lifetime (τ) in p-type wafers and it decreases in n-type substrates. However, the average value after the boron diffusion is high in n-type samples, because the initial value of τ in this type of substrate is approximately 150 % higher than in p-type wafers. The results are similar for both dopants evaluated and they are slightly better for the dopant PBF20. The best bulk minority carrier lifetime after the boron diffusion occurred to the temperature of 1000 °C and diffusion time of 20 minutes for both types of substrates. In the optimization of the fabrication process, it was found that the type of gas at the entrance of the wafers in the quartz tube to phosphorus diffusion slightly influences the efficiency of solar cells and the best results were found for the oxidation times of 30 minutes and 40 minutes. The firing temperature of the metallization pastes of 830 °C gave the highest efficiency of 13,7 % for the belt speed of 200 cm/min, due to the increased fill factor. The better efficiency was obtained to phosphorus diffusion temperature of 920 °C. The efficiency obtained with the dopant PBF25 is slightly higher than that obtained with dopant PBF20 due to the small difference in fill factor and short-circuit current density. The greater efficiency of 14. 1% was obtained with this dopant. The reduction in the percentage area of the metal grid on the back side of 52. 5 % to 9. 4 %, slightly affects the performance of solar cells. With the increase of the solar cell area from 4 cm2 to 61. 58 cm2, the efficiency decreased from 14. 2 % to 13. 0 % due to the reduction of the short-circuit current density. Solar cells with back surface field formed by aluminum efficiency reached 15. 4 % and devices presented higher shortcircuit current density. The developed cells with back surface field formed by boron diffusion presented higher open circuit voltage, thus demonstrating that cells with p+ back surface field formed with boron was more effective. / O objetivo desta tese foi desenvolver e comparar processos para a formação do campo retrodifusor e do emissor com boro em substratos de silício Czochralski (Si-Cz) tipo n e tipo p grau solar, bem como otimizar e analisar um processo de fabricação de células solares com estrutura n+pp+ e campo retrodifusor formado por boro. A região altamente dopada p+ foi formada pela deposição por spin-on dos dopantes líquidos PBF15 e PBF20 e posterior difusão em forno convencional. Verificou-se que com difusão a 900 °C foi possível obter a resistência de folha adequada para formar o emissor. Porém, para formar o campo retrodifusor a difusão deveria ser implementada a 1000 °C. Para as duas temperaturas avaliadas, a resistência de folha em substratos tipo n foi maior que em substratos tipo p, independente do tempo de difusão. Constatou-se que a difusão de boro, em geral, aumenta o tempo de vida dos portadores minoritários (τ) na base em amostras tipo p e diminui em substratos tipo n. Porém, como o valor do τ inicial é aproximadamente 150 % maior em amostras do tipo n que em tipo p, o valor médio após a difusão de boro é maior neste tipo de substrato. Os resultados são similares para os dois dopantes avaliados, sendo ligeiramente melhores para o dopante PBF20. O melhor valor de τ na base após a difusão de boro ocorreu para a temperatura de 1000 °C e tempo de difusão de 20 minutos, para os dois tipos de substratos. Na otimização do processo de fabricação, verificou-se que o tipo de gás na entrada das lâminas no tubo de quartzo para a difusão de fósforo influencia muito pouco na eficiência das células solares e que os melhores resultados foram encontrados para os tempos de oxidação de 30 minutos e 40 minutos. Para a temperatura de queima das pastas de metalização de 830 °C obteve-se a maior eficiência de 13,7 % para a velocidade de esteira de 200 cm/min, devido ao aumento no fator de forma. Constatou-se que a melhor eficiência foi obtida para a temperatura de difusão de fósforo de 920 °C. A eficiência obtida com o dopante PBF25 é um pouco maior que a obtida com dopante PBF20 devido à pequena diferença no fator de forma e na densidade de corrente de curto-circuito. A maior eficiência, de 14,1 % foi obtida com este dopante. A redução do percentual da área da malha de metalização na face posterior de 52,5 % para 9,4 %, praticamente não afeta o desempenho das células solares. Com o aumento da área das células solares de 4 cm2 para 61,58 cm2, a eficiência diminuiu de 14,2 % para 13,0 % devido ao decréscimo da densidade de corrente de curto-circuito. Células solares com campo retrodifusor de alumínio atingiram a eficiência de 15,4 % e apresentaram maior densidade de corrente de curto-circuito. As células desenvolvidas com campo retrodifusor de boro apresentaram tensão de circuito aberto maior, demonstrando que o campo retrodifusor nas células com região p+ formada com boro foi mais eficaz.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000407094-Texto+Completo-0.pdf: 2537836 bytes, checksum: f586d6566f591ca83834bce9d1c5232b (MD5) Previous issue date: 2008 / The aim of this work was to manufacture and to characterize prototypes of flat static concentrator modules, called MEC-P. This concentrator consists of strings of bifacial cells and a white reflecting plane. Then the reflected radiation can reach the rear face of the bifacial cells. Two prototypes had been manufactured: prototype A, with 615 mm x 315 mm x 60 mm, and prototype B, with 615 mm x 365 x mm x 60 mm, considering length, width and height. These dimensions are based on previous work of optimization of the MEC-P, and the difference between prototype A and prototype B is the distance between the most external string and the edge of the module. Commercial white paints had been tested on the reflecting plane. The best result is achieved with the paint named Hammerite®, with averaged reflectance above 90 % for wavelengths from 400 nm to 1050 nm. The selected paint was aged in external conditions and in an ultraviolet radiation accelerated aging chamber. It was observed a reflectance degradation from its original value after exposure to ultraviolet radiation. Nevertheless, when the sample painted was exposured to UV radiations under a glass plate laminated with ethylene vinyl acetate (EVA), the reflectance of the samples remained the same. The prototypes had been installed in Porto Alegre, 48º tilted to the horizontal, with the strings toward east-west or north-south. To characterize the prototypes, solar cells had been installed to measure the incident irradiance in six regions oh the prototypes and to evaluate the operating temperature. Taking into account the optical concentration (COP) for the worst irradiance on the rear face of the bifacial cell, we observed that the prototype B with strings toward the north-south shows the larger COP and mainly, constant during the period with higher irradiance for cloudless days. MEC-P prototypes presented operating temperatures from 15 ºC to 26 ºC above the ambient temperature, similar to the temperature in conventional modules. / O objetivo deste trabalho foi fabricar e caracterizar protótipos do módulo concentrador estático plano, denominado de MEC-P. Este concentrador é constituído de tiras de células solares bifaciais e um plano refletor difuso branco. A radiação refletida pelo sistema óptico alcança a face posterior das células bifaciais, resultando em uma concentração óptica da ordem de 1,5. Dois protótipos foram fabricados: o protótipo A, com dimensões de 615 mm x 315 mm x 60 mm, e o protótipo B, com 615 mm x 365 mm x 60 mm. As dimensões usadas estão baseadas em trabalhos anteriores de otimização do MEC-P, sendo que a diferença entre o protótipo A e o protótipo B é a distância entre a tira mais externa e a borda do módulo. Tintas brancas comerciais foram testadas para serem utilizadas no plano refletor e encontrou-se a tinta Hammerite®, com refletância média acima de 90 % na faixa de comprimentos de onda de 400 nm a 1050 nm. A tinta selecionada foi envelhecida em condições externas e em câmara de envelhecimento acelerado por radiação ultravioleta. Observou-se que a tinta sofreu degradação de sua refletância após o teste com radiação ultravioleta, mas quando colocada sob uma chapa de vidro laminada com acetato de vinila, a refletância das amostras não se alterou. Os protótipos foram instalados em Porto Alegre, com ângulo de inclinação em relação a horizontal de 48º e com as tiras orientadas no eixo leste-oeste ou nortesul. Para caracterizar os protótipos, células solares foram instaladas para medição da irradiância incidente em seis regiões dos mesmos e para avaliação da temperatura de operação. Considerando como parâmetro de comparação a concentração óptica (COP) para a pior condição de irradiância na face posterior das células bifaciais, observou-se que o protótipo B com as tiras orientadas no eixo norte-sul apresentou a maior COP e, principalmente, constante durante o período de maior irradiância em dias sem nuvens. Os protótipos do MEC-P apresentaram temperaturas de operação de 15 ºC a 26 ºC acima da temperatura ambiente, similar a encontrada em módulos convencionais.

A presente Tese de Doutorado apresenta uma metodologia para caracterizar a distribuição espectral da irradiância solar sobre o território brasileiro através de dados obtidos por instrumentos a bordo de satélites, radiômetros em superfície e radiossondagem. Estas informações formam um banco de dados sobre parâmetros atmosféricos que alteram as características espectrais da irradiância solar. O modelo computacional de transferência radiativa na atmosfera SMARTS2 (Simple Model of the Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine) adota este banco de dados como parâmetros de entrada e estima a intensidade e distribuição espectral da radiação solar sobre a superfície terrestre. Através da utilização dos instrumentos MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) a bordo dos satélites TERRA e AQUA e AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) também instalado na plataforma AQUA, foram determinadas as concentrações e propriedades ópticas de aerossóis, quantidade de água precipitável, coluna de ozônio e dióxido de carbono sobre o território brasileiro. A rede global de radiômetros AERONET (AErosol RObotic NETwork, NASA) foi utilizada para validação da caracterização óptica dos aerossóis e quantidade de água precipitável. Dados das redes SONDA (INPE-CPTEC), SolRad-Net(NASA) e instrumentos instalados no Laboratório de Energia Solar da UFRGS foram usadas para a validação das irradiâncias espectrais e de banda larga previstas pelo modelo computacional SMARTS2. Foram determinadas as características da distribuição espectral em Porto Alegre - RS, Petrolina - PE, Alta Floresta - MT e Manaus - AM e a influência desta distribuição em dispositivos fotovoltaicos de distintos materiais. / This doctoral thesis presents a methodology for characterizing the spectral distribution of solar irradiance over the Brazilian territory through data obtained by instruments aboard satellites, surface radiometers and radiosondes. This information forms a database of atmospheric parameters that alter the spectral characteristics of solar irradiance. The computational radiative transfer model SMARTS2 (Simple Model of the Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine) adopts this database as input parameters and estimates the intensity and spectral distribution of solar irradiation on the earth’s surface. By using the MODIS instruments (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) aboard the TERRA and AQUA satellites and AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) also installed on the platform AQUA, concentrations and optical properties of aerosols, amount of precipitable water, total ozone and carbon dioxide column were determined over the Brazilian territory. The global radiometers network AERONET (AErosol RObotic NETwork, NASA) was used for validation of the aerosol optical depth (AOD) and the amount of precipitable water. The networks SONDA (CPTECINPE), SolRad-Net (NASA), and instruments installed at the Solar Energy Laboratory at UFRGS were used to validate the spectral and broadband irradiance provided by the computational model SMARTS2. We determined the characteristics of the solar spectral distribution in Porto Alegre - RS, Petrolina - PE, Alta Floresta - MT and Manaus - AM and its effect on different photovoltaic devices.

Os sistemas de aquecimento através da energia solar são uma fonte interessante de energia acessível e distribuída. No Brasil, a utilização de coletores solares planos já é bem conhecida e difundida. Os coletores solares de tubo evacuado até pouco tempo tinham um custo considerado elevado para o nosso mercado, mas atualmente esta tecnologia está cada vez mais difundida no mercado nacional com custos menores. Para se entender se o custo adicional deste coletor quando comparado aos tradicionais coletores planos é vantajoso, são necessários estudos comparativos para determinar as reais vantagens e quando as mesmas podem proporcionar uma maior economia financeira à instalação. Esta dissertação compara as tecnologias atuais de coletores planos com os de tubo evacuado disponíveis no mercado nacional, mostrando comparações em diferentes regiões do país e analisando se as vantagens encontradas são interessantes do ponto de vista do custo da instalação. Para realizar estas analises foram desenvolvidos testes para caracterização dos tubos destes coletores, de forma a determinar os parâmetros de desempenho dos mesmos. Também foi preparada uma bancada de testes para os coletores solares e foram realizados ensaios de comportamento térmico. Conhecendo os resultados foi possível adequar e utilizar um software de simulação desenvolvido no Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Este software visa a simulação de sistemas de aquecimento de água com diferentes configurações em qualquer região do país. Com a implementação dos coletores de tubo evacuado, e com simulações do seu desempenho em diferentes regiões, é possível comparar o seu comportamento em relação ao coletor plano. Nesta dissertação as curvas de desempenho foram comparadas em diferentes situações, onde foi possível verificar em que momentos o coletor de tubos pode ser melhor que o plano. Também foram realizadas comparações entre a área ocupada e o custo destes coletores para instalações em 3 diferentes regiões do país. Com estas comparações ficou evidente que para climas mais frios o coletor de tubos evacuados pode apresentar melhor desempenho que os coletores planos, mas o seu custo ainda é muito maior que os coletores planos nacionais. / The solar water heating systems are a interesting source of accessible and distributed energy. In Brazil, the flat plate solar collector use is well known. The vaccum tube solar collectors until little time ago had an elevated cost for our market, but, today, the technology is available in our national market with lower costs. And to understand if this costs, that are higher than the flat plane collectors are worth it, some studies are necessary to understand the real benefits of this technology. This work aims to compare both technologies available in the national market, showing comparisons in different regions of the country and studying if the advantages are interesting in the economical point of view. To achieve that some tests were developed in order to obtain the performance parameters of this collectors. Also an external bench was developed to test this collectors according to the Brazilian standard. With the results and knowing the behavior of this collectors it was possible to program the simulation software that was developed in the Laboratório de Energia Solar of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul. This software aims at the simulation of water heating systems in different regions of the country. With the implementation of the vacuum collectors in the software, it was possible to simulate different climate conditions over the country and compare the behavior with the flat plate collectors. In this work the performance curves were compared in different climate situations, so that was possible to understand when the vaccum collector can be better. Also some comparisons where made between the occupied area and the costs in three different regions of the country. With the results of this comparisons it is evident that for cold climates the vaccum collector can obtain a better performance than the flat plate collectors, but its cost is still higher.

A energia solar fotovoltaica é a forma de produção de eletricidade que mais cresce no mundo. A potência instalada mundial, até o ano de 2010, era de cerca de 40 GWP e a previsão é de que, somente em 2011, este cifra seja aumentada em mais 24 GWP. O inversor é o elemento central dos sistemas fotovoltaicos. Além de executar a conversão da energia elétrica em corrente contínua para corrente alternada, ele também é responsável pelo gerenciamento da energia entregue à rede e pelo seguimento do ponto de máxima potência. O seguimento do ponto de máxima potência (MPPT) é um processo de controle no qual o inversor procura manter o gerador fotovoltaico operando em uma região da sua curva característica na qual o produto corrente × tensão tenha o seu valor máximo, de forma a otimizar a extração de potência do gerador fotovoltaico. A eficiência de MPPT é um número que indica o grau de precisão, tanto em termos de rapidez como de magnitude, com que o seguidor do ponto de máxima potência atinge o seu objetivo. Assim podem ser definidas duas eficiências de MPPT: a eficiência estática, associada a situações em que a irradiância solar permanece constante durante o intervalo considerado, e a eficiência dinâmica de MPPT, que considera os momentos de variação na intensidade da irradiância, resultantes, por exemplo, da passagem de nuvens. As eficiências de MPPT (especialmente a dinâmica) são de difícil determinação, porém a tarefa fica muito facilitada com a utilização de um simulador de arranjos fotovoltaicos. A norma européia EN 50530:2010 Overall Efficiency of Photovoltaic Inverters propôs uma metodologia para a determinação da eficiência dinâmica de MPPT utilizando perfis variáveis de irradiância a serem programados no simulador de arranjos fotovoltaicos. O objetivo central da tese é fazer uma análise experimental da eficiência dinâmica do seguimento de máxima potência de inversores conectados à rede através da comparação dos resultados de eficiência obtidos seguindo a metodologia definida na norma citada com resultados obtidos a partir de medições em tempo real ao longo de um dia, verificando a adequação da norma às situações de campo. Para a obtenção dos dados de entrada do simulador foram medidas, por diversos dias, a irradiância e temperatura de uma célula de referência. Os inversores foram conectados à saída do simulador de arranjos fotovoltaicos e foram reproduzidas as condições de irradiância e temperatura de três dias selecionados em função do grau de nebulosidade, com comportamento dinâmico semelhante aos perfis de irradiância da norma. Os resultados foram, na maioria dos casos, discordantes. Uma análise dos resultados parciais de eficiência dinâmica indicou como causa desta discrepância a dependência que a eficiência dinâmica de MPPT tem com a taxa de variação da irradiância. Conclui-se que, embora as seqüências de irradiância propostas pela norma constituam uma eficiente ferramenta para o diagnóstico de eventuais deficiências no comportamento do seguidor de máxima potência de inversores, a média dos valores de eficiência de MPPT calculados a partir delas não pode, em princípio, ser considerada como representativa de valores diários. / Photovoltaic solar energy is the fastest growing electricity source in the world. The worldwide capacity until 2010 was about 40 GWP and, by the end of 2011, this figure will be increased by another 24 GWP. The inverter is the pivotal element of PV systems. In addition to performing the conversion of electrical energy from direct current to alternating current, the inverter is also responsible for the management of the energy delivered to the grid and for performing the maximum power point tracking. The maximum power point tracking (MPPT) is a control process by which the inverter tries to keep the PV generator operating in a region of its characteristic curve where the product current × voltage reaches its maximum value. The MPPT efficiency is a figure that indicates the degree of precision, both in terms of speed and magnitude, that the MPPT reaches its goal. Thus, two MPPT efficiencies can be defined: the static efficiency, associated to situations in which the solar irradiance does not vary during the considered interval, and also the dynamic MPPT efficiency, which considers the variation of the irradiance intensity as a result, for example, of the passage of clouds. MPPT efficiencies (especially the dynamic) are hard to determine, but the task becomes much easier with the use of a photovoltaic array simulator. The European standard EN 50530:2010 Overall Efficiency of Photovoltaic Inverters proposes a methodology for determining the dynamic efficiency of MPPT using variable irradiance profiles to be programmed into the photovoltaic array simulator. The main objective of this thesis is to make an experimental analysis of the dynamic MPPT efficiency of grid connected inverters by comparing the efficiency results obtained by following the methodology defined in the referred standard with results obtained from real time measurements in the course of a day, checking the adequacy of the standard when applied to field situations. In order to obtain the input data for the simulator, the irradiance and temperature of a reference cell were measured for several days. The inverters were connected to the output of the array simulator, which reproduced the conditions of irradiance and temperature for three days selected according to the degree of cloudiness, having a dynamic behavior similar to the standard irradiance profiles. The results, in most cases, disagree. An analysis of partial results of dynamic efficiency indicated the dependence of the dynamic MPPT efficiency to the rate of irradiance change as the cause of this discrepancy. As a conclusion, it can be stated that, although the sequences of irradiance proposed by the standard are an efficient tool for the diagnosis of deficiencies in the behavior of the MPP tracker, the average efficiency of MPPT calculated from the sequences cannot, in principle, to be considered as representative of the daily values of dynamic MPPT efficiency.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2012. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-01-31T12:28:34Z No. of bitstreams: 1 2012_GeraldoSidneiAfonso.pdf: 2223482 bytes, checksum: 6ccf1e54ea49c925c95dd2736b05d4bc (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-02-07T13:14:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_GeraldoSidneiAfonso.pdf: 2223482 bytes, checksum: 6ccf1e54ea49c925c95dd2736b05d4bc (MD5) / Made available in DSpace on 2013-02-07T13:14:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_GeraldoSidneiAfonso.pdf: 2223482 bytes, checksum: 6ccf1e54ea49c925c95dd2736b05d4bc (MD5) / A geração fotovoltaica distribuída apresenta-se como uma opção viável para a complementação da demanda energética, em um primeiro momento, e para a substituição da geração que emprega combustíveis fósseis, no futuro. Ela pode ocorrer de forma isolada, normalmente para atendimento a locais remotos, não assistidos pela rede de distribuição de energia elétrica, ou de forma conectada à rede de distribuição. Este estudo dirige-se à segunda modalidade, mais especificamente à viabilidade de sua implantação e aos instrumentos normativos que lhe podem dar sustentação. No Brasil, um dos entraves à implantação da geração distribuída fotovoltaica é a necessidade de definição de requisitos técnicos de acesso ao sistema de distribuição, de modo a evitar conflitos entre a geração convencional e a geração fotovoltaica, sobretudo nos momentos em que as unidades consumidoras/geradoras injetam energia na rede de distribuição; outro é o custo de implantação do sistema, atualmente superior ao custo da geração hidroelétrica, principal componente da matriz energética brasileira, mas que vem sendo reduzido nos últimos anos; e a ausência de regulamentação, que tem o papel fundamental de assegurar sustentação legal à geração distribuída. Estes entraves, contudo, começam a ser enfrentados. A regulamentação da geração distribuída é, no momento, a principal dificuldade a ser enfrentada. Trata-se de problema já equacionado por outros países há alguns anos, o que os coloca muito à frente do Brasil, tanto no desenvolvimento de tecnologias de implantação do sistema quanto na formação de um parque industrial necessário ao seu suporte. Esse tema já se encontra na pauta do governo brasileiro, mas só agora começa a ser estabelecida uma política de incentivo aos investidores. O presente trabalho analisa as regulamentações já implantadas em outros países e os documentos formulados em nosso país, apontando os indicadores para uma futura consolidação da regulamentação nacional da geração distribuída fotovoltaica conectada à rede de distribuição de energia elétrica. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The photovoltaic distributed generation presents itself as a viable option to complement energy demand, at first, and to replace the generation that uses fossil fuels, in the future. It can occur in an off-grid way, usually for serving remote places, unattended by electricity grid, or in a grid-connected way. This study focus to the second approach, more precisely the feasibility of its implementation and the regulatory instruments that can support those. In Brazil, one of the barriers to the deployment of photovoltaic distributed generation is the need of technical requirements definition about the access to the distribution system in order to avoid conflicts between conventional and photovoltaic generation, especially at times when the consumption/generators units inject energy into the distribution network; the other is the cost of system deployment, that currently exceed the cost of hydroelectric generation, the main component of the Brazilian energy matrix, although it has been reduced in recent years, and the lack of regulation, which has the fundamental role to provide legal support to the distributed generation. These barriers, however, are beginning to be overcome. The regulation of distributed generation is, at the moment, the main difficulty to be faced. This is a problem already solved by other countries, which puts them ahead of Brazil, both in technology development of system deployment as in the construction of an industrial area needed to its support. This issue is already on the agenda of the Brazilian government. This paper analyzes the regulations already deployed in other countries and documents formulated in our country, pointing the indicators to a future consolidation of the national photovoltaic distributed generation connected to the electric power distribution system.