Una proporción muy importante del presupuesto energético total de los países europeos es destinado al consumo energético del sector de la edificación, tanto en el ámbito doméstico como terciario. Debido a que esta tendencia continúa en aumento, es de vital importancia optimizar los edificios tanto desde el punto de vista de las envolventes térmicas, como de las instalaciones térmicas y las condiciones de operación y funcionamiento.Esta tesis incide fundamentalmente en el diseño eficiente de la fachada, ya que éste es uno de los principales elementos que determinan el comportamiento térmico de los edificios. No sólo actúa como barrera entre las condiciones externas e internas, sino que el diseño eficiente de la misma, contribuye en forma relevante a la reducción del consumo de calefacción, aire acondicionado, ventilación e iluminación. Asimismo, es un elemento que incide notablemente en las condiciones de salubridad y confort. Actualmente, existe un gran auge del uso de fachadas completamente hechas de vidrio, este tipo de construcción presenta una serie de ventajas arquitectónicas y estéticas, pero desde el punto de vista térmico pueden representar problemas de sobrecalentamientos y pérdidas de energía importantes, tanto en las áreas mediterráneas como en otras zonas climáticas. En este sentido, las fachadas de doble piel, compuestas por dos capas separadas por un canal de aire, usado para evacuar o aprovechar la energía solar absorbida por la fachada, pueden representar una opción de diseño válida para solventar esta problemática. Asimismo, este tipo de diseño puede producir unas condiciones de confortabilidad adecuadas debido a la reducción de las temperaturas de las superficies interiores de las fachadas.El objetivo de esta tesis es el de contribuir al estudio de sistemas pasivos en general, y fachadas avanzadas en particular. Para ello, se ha desarrollado una herramienta numérica para la simulación de fachadas de edificios de simple y doble piel. La principal característica de este código es la de asumir un comportamiento unidimensional y transitorio. Las ecuaciones gobernantes (continuidad, momentum y conservación de la energía) son resueltas mediante la aplicación del método de volúmenes finitos. Las fachadas incluyen elementos arquitectónicos novedosos, como materiales de cambio de fase, aislamiento transparente, superficies selectivas y colectores solares con acumuladores integrados en la superficie de las fachadas. En la tesis, se describen las características de los modelos físicos y matemáticos implementados y se definen parámetros instantáneos e integrados que describen el comportamiento térmico de las fachadas. Los modelos numéricos implementados han sido sujetos a procesos de verificación y validación en diferentes formas: i) por comparación de los resultados numéricos con los obtenidos para situaciones simplificadas que cuentan con solución analítica, ii) por comparación con parámetros globales tabulados en la literatura de ciertas configuraciones de fachadas, y iii) por comparación de los resultados numéricos con los obtenidos experimentalmente en celdas de ensayo sometidas a diferentes condiciones climáticas.Se presentan resultados de estudios paramétricos de diferentes configuraciones de fachadas y aplicaciones del código numérico para la optimización del diseño de fachadas de edificios emblemáticos del entorno. Como acciones futuras, se prevé la conexión de este tipo de simulaciones con otras de más alto nivel, bidimensionales, para optimizar zonas concretas de las fachadas. / A significant proportion of the total national energy budget of european countries goes toward energy consumption in buildings, therefore the efforts addressed to optimize building's thermal behaviour are of vital importance. In this sense, facades play a fundamental role. Not only do they act as barriers between external and internal conditions, but they can also help to reduce the consumption of energy for heating, ventilation and air conditioning. Moreover, they can help to produce healthy and comfortable indoor conditions. The use of large, transparent areas in facades is a common current practice. Despite the architectural interest of these glazed areas, in Mediterranean climatic conditions they are responsible for building overheating. In these zones, double-skin envelopes made up of two layers of glass separated by an air channel -to collect or evacuate the solar energy absorbed by the facade- are considered to be a design option that could resolve this issue. In other climatic conditions, large heat losses may constitute the most determinant factor. Anyway, the comfort parameters are influenced by the large transparent areas, also in this design aspect, double skin facades may contribute to obtain more comfortable and pleasant living spaces.The objectives of this thesis are to give a step forward in the study and numerical analysis of passive systems in general, and advanced facades in particular. A one-dimensional and transient numerical code for the simulation of double and single skin facades including advanced technological elements, like phase change materials, transparent insulation and facade integrated collectors-accumulators has been developed. The features of the physic and mathematical models implemented are described and instantaneous or integratedperformance parameters describing thermal behaviour of the facades are defined. The numerical models implemented within the numerical tool have been subjected to a verification and validation process in different forms: by comparing the numerical results with those obtained for simplified situations with analytical solutions, with tabulated global performance coefficients of simple façade configurations and with the results of other building simulation codes. Experimental research has been carried out in test cells situated at different geographical locations, thus they were subjected to different climatic conditions. The main objective of the developed numerical code is to simulate advanced facades in order to assess the long term performance, and to account with a virtual tool to test passive designs, including challenging innovations.The applications of the numerical tool described in this thesis, for the optimisation of facades of real buildings are presented. As future actions, the link of the one-dimensional simulations produced by this numerical tool with a multi-dimensional simulation of specific zones of the facades is foreseen.

Apresenta-se uma avaliação técnico-econômica para o préaquecimento solar da água de reposição em caldeiras de sistemas de vapor abertos. São empregados, para compor um estudo de caso, os dados de uma indústria de laticínios de médio porte situada próximo da cidade do Rio de Janeiro. Quarenta e oito simulações computacionais do sistema de aquecimento solar (SAS) foram realizadas em TRNSYS, correspondendo aos 5% melhores resultados econômicos de uma série de 2.700 simulações mais simples (método φ-f-chart), programados em MATLAB. Foram empregados dados horários de ano típico meteorológico (TMY) para a cidade do Rio de Janeiro. O ganho econômico foi baseado no consumo evitado dos três combustíveis mais comuns na indústria de laticínios, enquanto o custo de investimento foi composto a partir de valores comerciais e da literatura. Os resultados da avaliação econômica mostraram-se desfavoráveis para a substituição de óleo combustível, favoráveis no caso de caldeiras a gás natural, condicionado a existência de subsídios, e bem competitivos para a substituição de GLP. A eficiência térmica do sistema mostrou ser o parâmetro técnico chave para o desempenho econômico, consequentemente, uma vez que a eficiência se mostrou inversamente proporcional tanto ao volume do reservatório quanto à área de coletores, não há uma configuração ótima para o sistema. Não obstante, os resultados permitiram a proposição de políticas públicas para incentivar o uso da energia solar na indústria leiteira e, consequentemente, contribuir para a preservação ambiental. / It is presented a technical and economical feasibility assessment of solar preheating of steam boiler feed water for opened vapor systems. Data from a medium sized dairy industry near Rio de Janeiro city, in Brazil, is used to compose a case study. Forty eight solar heating system (SAS) computer simulations were carried out in TRNSYS, for a range of design parameters corresponding to the 5% best economical results of a series of 2700 simpler simulations (φ,f-chart method), programmed on MATLAB. Rio de Janeiro typical meteorological year (TMY) hourly weather data was used. Revenue was based on the avoided consumption of the three most used fuels on dairy industries, while investment cost was composed from both commercial and literature values. Economical assessment results showed unfavorable for the displacement of fuel oil, favorable for substituting natural gas, provided subsidizing, and well competitive against LPG. Systems thermal efficiency showed to be the key technical factor for economical performance, thus, as efficiency was found to be inversely proportional for both storage volume and collector area, there isnt an optimal system configuration. The results, though, made it possible to address environmentally sound public policies to encourage solar energy use on dairy industries.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-01-15T21:40:47Z No. of bitstreams: 1 DanielLucasCabralBeserra_DISSERT.pdf: 2564222 bytes, checksum: 75340aada41908de71c717f59f99c2aa (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-01-17T13:32:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DanielLucasCabralBeserra_DISSERT.pdf: 2564222 bytes, checksum: 75340aada41908de71c717f59f99c2aa (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-17T13:32:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DanielLucasCabralBeserra_DISSERT.pdf: 2564222 bytes, checksum: 75340aada41908de71c717f59f99c2aa (MD5) Previous issue date: 2017-08-14 / No mundo em que vivemos existem duas demandas humanas que v?m sendo exploradas de forma irracionalmente nos levando a situa??o atual onde todas as na??es buscam energia, para impulsionar suas economias ou oferecer qualidade de vida a seus habitantes, e ?gua, elemento necess?rio a vida como um todo, em nosso planeta. Pensando nessas necessidades hoje em dia est?o dispon?veis para comprar kits de bombeamento por energia solar, permitindo a capta??o de ?guas subterr?neas utilizando energia renov?vel. Atualmente temos uma grande gama de bombas hidr?ulicas que funcionam por energia solar ou e?lica. Dentre essas destacam-se as centr?fugas por possu?rem hoje uma boa parte do mercado. Por?m com os recursos escassos de energia, alternativas de bombeamento est?o sendo encontradas, como por exemplo, uma bomba de diafragma, com baixa necessidade energ?tica sendo perfeitamente acoplada a uma placa fotovoltaica. Com o crescimento dessa ?rea surgem d?vidas em rela??o ao custo benef?cio e aos riscos de danos ao longo dos anos. Os dados apresentados atualmente mostram que uma bomba operando nas circunstancias normais de um dia, perde muito de efici?ncia por fatores clim?ticos e n?o se sabe ao certo quais problemas mec?nicos resultar?o dessa constante varia??o da frequ?ncia de trabalho. / In the world we live in, there are two human demands that are being explored irrationally, leading us to the current situation where all nations seek energy, to boost their economies or provide quality of life to its inhabitants, and water, element necessary to life as an Everything on our planet. Thinking about these needs, nowadays are available to buy solar pumping kits, allowing the withdraw of groundwater using renewable energy. We currently have a wide range of hydraulic pumps that work by solar or wind power. Among these, the centrifuges stand out because they now have a large part of the market. But with the scarce energy resources, pumping alternatives are being found, for example, a diaphragm pump, with low energy needs being perfectly coupled to a photovoltaic plate. With the growth of this area arise doubts in relation to the cost benefit and the risks of damages over the years. The data presented today show that a pump operating under the normal circumstances of a day loses to much efficiency due to climatic factors and it is not known which mechanical problems will result from this constant variation of the working frequency.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-01-15T21:40:48Z No. of bitstreams: 1 JuliSergineTavaresTeixeira_DISSERT.pdf: 3011743 bytes, checksum: ae7c912681646dd098ec333919f4d02b (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-01-17T13:58:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JuliSergineTavaresTeixeira_DISSERT.pdf: 3011743 bytes, checksum: ae7c912681646dd098ec333919f4d02b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-17T13:58:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JuliSergineTavaresTeixeira_DISSERT.pdf: 3011743 bytes, checksum: ae7c912681646dd098ec333919f4d02b (MD5) Previous issue date: 2017-08-14 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / O sistema de bombeamento de ?gua utilizando a energia solar fotovoltaica demonstra ser uma ?rea promissora no Brasil, j? que o pa?s possui elevado potencial para produzir essa energia e devido ? escassez de ?gua enfrentada, esta seria uma ?tima oportunidade para viabilizar investimentos neste seguimento. Este sistema consiste em diversos componentes e pe?as associadas a diferentes campos da engenharia, como a el?trica, mec?nica, eletr?nica, computacional e a civil. Devido a sua interdisciplinaridade o sistema atraiu diversos pesquisadores e consequentemente contribuiu para torna-lo mais eficiente e de baixo custo para atender as necessidades de bombeamento de ?gua para o ser humano, para os animais e para as irriga??es. O presente trabalho apresenta o desempenho de uma planta??o de oleaginosa, no caso o girassol, irrigada por energia solar. O trabalho tamb?m discute a classifica??o geral do tipo de sistema, os antecedentes hist?ricos deste sistema, os v?rios esfor?os empreendidos por pesquisadores e o estado atual da investiga??o sobre o tema. S?o detalhadas informa??es referentes a bomba e a avalia??o do painel fotovoltaico (PV), que acabam afetando o desempenho e a efici?ncia do sistema. Assim como, o acompanhamento da evolu??o da germina??o das sementes de girassol e seu desenvolvimento durante os 60 primeiros dias. Para o sistema analisado n?o foi vi?vel o crescimento do girassol. / The water pumping system uses photovoltaic solar energy demonstrates a promising area in Brazil, since the country has the potential to produce this energy and due to the water shortage faced, this is a great opportunity to make investments in this follow up. This system consists of several components and parts associated with different fields of engineering, such as electrical, mechanical, electronic, computational and civil. Due to its interdisciplinarity the system has attracted several researchers and consequently contributions to make it more efficient and low cost to meet as water pumping needs for humans, animals and MRI. The present work presents the performance of an oilseed plantation, not the sunflower, irrigated by solar energy. The paper also discusses a general classification of the type of system, the historical background of this system, the various efforts undertaken by researchers and the current state of research on the subject. Pump information and photovoltaic (PV) panel evaluation are detailed, which end up affecting system performance and efficiency. As well as, the monitoring of the development of the germination of the sunflower structures and their development during the initial 60 days. For the analyzed system, sunflower growth was not feasible.

Orientador: Odivaldo José Seraphim / Coorientador: Anselmo José Spadotto / Banca: Erico Tadao Teramoto / Banca: Luis Roberto Almeida Gabriel Filho / Banca: Ricardo Rall / Banca: Maria Cristina Rodrigues Halmeman / Resumo: A possibilidade de redução na oferta de combustíveis convencionais aliada ao crescimento da demanda por energia e a crescente preocupação com o meio ambiente impulsionam a pesquisa e desenvolvimento de fontes alternativas de energia menos poluentes, renováveis e que produzam menor impacto ambiental. Dentre estas alternativas, destaca-se a energia solar, fonte disponível e passível de ser explorada a partir de todas as suas potencialidades. Atualmente, uma das vias tecnológicas de aproveitamento da fonte solar para geração de energia é a heliotermia, também conhecida como energia solar concentrada ou Concentrated Solar Power (CSP), baseada na utilização de superfícies espelhadas que refletem e concentram a radiação solar direta com o objetivo de convertê-la em energia térmica, a partir da qual se gera vapor d'água que irá acionar um ciclo termodinâmico reversível que converte calor em trabalho, conhecido como Rankine. O soiling consiste no depósito de diferentes tipos de sujeiras em uma superfície exposta em um dado ambiente. No caso de usinas CSP de torre central, o acúmulo gradativo de poeira, sujeira ou até mesmo de excremento de pássaros nas superfícies refletoras dos heliostatos causa uma redução significativa na quantidade de radiação solar que atinge o receptor posicionado no alto da torre e diminuição da eficiência de todo o sistema. Assim, faz-se necessário manter um alto fator de refletividade nas superfícies espelhadas dos heliostatos por meio de uma limpeza regular... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The possibility of reduction in the supply of conventional fuels, the continuous growing demand for energy and the current concern with the environmental scenario influence the development of researches regarding alternative, renewable and less polluting energy sources, which produces less environmental impact. Among these alternatives, it is worth mentioning the solar energy, available source and that can be explored from all its potentialities. Nowadays, one of many the technological process that uses solar energy for electricity generation is the solar thermal one, also known as Concentrated Solar Power (CSP), based on the use of mirrored surfaces that reflect and concentrate the direct sunlight in order to convert it into thermal energy, from which it generates water vapor that will initiate a reversible thermodynamic cycle which converts heat into energy (Rankine cicle). The phenomenon known as soiling consists in the depositing of different types of dirt on a surface exposed in a given environment. In the case of power tower CSP plants, the gradual accumulation of dust, dirt or even bird's excrements on the reflective surfaces of heliostats causes a significant reduction in the amount of solar radiation that reaches the receiver located at the top of the tower and decreases the efficiency of the entire system. Thus, it is necessary to maintain a high reflectivity factor in the mirrored surfaces of the heliostats through a regular cleaning. This work presents a proposal of an automated mechanism to clean up the reflective surfaces of heliostats. The development of this device, from its conception, through the stages of construction, installation and operation, regarding the cleaning efficiency standards, aimed at low production cost, ease of installation and minimizing the relevant environmental impacts, such as, low consumption of water during its operation. Through experiments in real .... / Doutor

Orientador: Jose Luz Silveira / Coorientadora: Eliana Vieira Canettieri / Coorientador: Antonio Wagner Forti / Banca: Nestor proenza Pérez / Banca: Ederaldo Godoy Junior / Resumo: O motor Stirling é um motor de combustão externa que opera com diferenças de temperaturas, produzindo trabalho mecânico e eletricidade. Esse tipo de motor opera em um ciclo fechado, que através do uso de uma fonte quente e uma fria, expande e comprime um fluido de trabalho (ar, hélio ou hidrogênio, dentre os mais comuns), fornecendo assim o movimento de um pistão. Pode operar com calor residual e também com a queima de qualquer tipo de combustível (gás natural, diesel, gasolina, etc). Essa tecnologia tem se destacado para o desenvolvimento de sistemas que operam com biocombustíveis (biogás e syngas) e com energias renováveis, como por exemplo, caso de uso de concentradores solares. Este trabalho tem como objetivo estudar as performances termodinâmica, econômica e ambiental de um sistema Stirling operando com sistema de alimentação a biogás e energia solar, aplicado para a geração de energia elétrica descentralizada. São realizados estudos dos aspectos termodinâmicos do ciclo Stirling, com foco no funcionamento e no trabalho do motor. São efetuadas análises técnicas do sistema operando com câmara de combustão a biogás e utilizando energia de concentrador solar parabólico. Em etapa final são analisados e comparados os aspectos econômicos e ambientais do sistema acionado por biogás e energia solar. Os resultados obtidos mostraram pela teoria de Schmidt uma eficiência do motor Stirling de 67%. Da análise econômica, fica evidente que um maior número de horas de operação corrobora ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The Stirling engine is an external combustion engine that operates at varying temperatures, producing mechanical work or electricity. This type of engine operates in a closed cycle, which through the use of a hot and cold source expands and compresses a working fluid (air, helium or hydrogen, among the most common), thus providing the movement of a piston. It can operate with residual heat and also with the burning of any type of fuel (natural gas, diesel, gasoline, etc.). This technology has been outstanding for the development of hybrid systems that operate with biofuels (biogas and syngas) and with renewable energies, as for example, case of use of solar concentrators. This work aims to study the thermodynamic, economic and environmental performances of a Stirling system operating with a biogas and solar energy supply system, applied for the generation of decentralized electric energy. Studies are carried out on the thermodynamic aspects of the Stirling cycle, focusing on the operation and work of the engine. Technical analysis of the system is carried out using a biogas combustion chamber and using parabolic solar concentrator energy. In the final stage are analyzed and compared the economic and environmental aspects of the system activated by biogas and solar energy. The results showed that through the thermodynamic analysis by the Schmidt theory, a Stirling engine efficiency of 67% was obtained. From the economic analysis, it is evident that a greater number of hours of operation corroborates with economic viability. As for the environmental aspects, the ecological efficiency value of the Stirling engine operating biogas is 98.02%. In the case of the solar system using concentrator to power the Stirling engine, the ecological efficiency indicates is about 98%. It is concluded that the use of renewable sources, allow good levels of efficiency of electric power ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Odivaldo José Seraphim / Coorientador: Celso Eduardo Lins de Oliveira / Banca: Celso da Costa Carrer / Banca: Luis Roberto Almeida Gabriel Filho / Banca: Luiz Antonio Rossi / Banca: Alexandre Dal Pai / Resumo: A pesquisa apresentada nessa tese foi estruturada em quatro capítulos. O capítulo 1 apresenta, de forma introdutória, o estudo da arte da tecnologia CSP no mundo, bem como os conceitos tecnológicos e princípios físicos de funcionamento. Mais além, demonstrar o potencial solar brasileiro do ponto de vista exploratório. O capítulo 2, apresenta uma previsão de performance e rendimento energético de um sistema CSP com torre central integrado a atividades agroindustriais no Brasil, por meio de uma simulação transiente. O capítulo 3, apresenta de forma detalhada a adaptação e aplicação de uma análise paramétrica para determinação do custo mínimo por unidade de área de heliostato, o custo mínimo do primeiro heliostato produzido no Brasil, como também o custo nivelado da eletricidade gerada. No capítulo 4, foi apresentado um estudo do marco legal jurídico regulatório para sistemas CSP com torre central: geração e comercialização de energia elétrica de fonte solar no brasil. Por fim, foram apresentadas perspectivas de novas pesquisas a serem realizadas e as considerações finais. / Abstract: The search for new energy sources has been driven by an international standard that limits the emission of atmospheric pollutants. The establishment of renewable energy generation technologies will consolidate the future of sustainable development. The new technologies promise to economic opportunities and social benefits to remote places of the world, or where energy is scarce. Among the new sources or alternative sources of energy, solar is the most promising in terms of availability and well accepted by popular opinion. Historically, the sun's energy is being harnessed in different productive sectors and several countries. Furthermore, the concentrated solar power (CSP) runs through well-defined and known methods, based on well-established physical principles of engineering and using available materials and conventional. In order to present the theoretical conceptions of the operation of CSP technology, the objective of this chapter was to develop the current state of the art of technology and to correlate with the brazilian... / Doutor

Este estudo apresenta uma proposta de captação de energia solar através de células fotovoltaicas sobre telhas de zinco. Na maioria dos projetos existentes de sistemas fotovoltaicos, a implementação de módulos fotovoltaicos necessitam da adequação dos telhados e da estrutura para acomodá-los. Neste estudo a fixação será diretamente na telha, sem a necessidade de estruturas que alterem o telhado. Foi analisado a forma mais adequada de inserção das células fotovoltaicas sobre a telha, avaliando aspectos de layout, robustez, facilidade de implantação e de melhor captação de energia. Um protótipo no telhado foi construído com a captação direta de dados do mesmo. Foram produzidas estruturas, chamadas de calhas fotovoltaicas. Estas podem se encaixar na maior parte dos telhados existentes de zinco, sem a necessidade de inserção de estruturas para sua fixação. As calhas fotovoltaicas são módulos bem menores que os covencionais, podendo ser construídos de acordo com a potência desejada, com altura e largura necessários. Com a calhas fotovoltaicas produzidas, foram analisados sua performance através de coleta dos dados de tensão. Os resultados foram analisados relacionando-os com as quatro estações do ano, sendo obtidos resultados do tempo de produção de energia, o horário de inicialização e término de produção fotovoltaica. A estrutura da calha fotovoltaica foi avaliada com a análises de possibilidades de alterações ao longo dos testes. As calhas fotovoltaicas podem ser construidas de acordo com a potência requerida com somente a adição de novas calhas, sem a necessidade de alteração do telhado existente. O estudo apresentou resultados satisfatórios, analisando que ao longo de um ano a estrutura da calha não sofreu alterações e as medições de tensão se mantiveram constantes, sendo estes estudo realizado nas quatro estações do ano, sujeito as mais diversas intempéries. / This study presents a proposal for collecting solar energy through photovoltaic cells on roofs of zinc. Most of the existing projects of photovoltaic systems, the implementation of PV modules require the suitability of roofs and structure to accommodate them. In this study will be directly fixing the tile without the need to change the roof structures. It was considered the most appropriate form of integration of photovoltaic cells on the tile, evaluating aspects of layout, robustness, ease of deployment and improved energy harvesting. A prototype was built on the roof with direct capture the same data. structures were produced, called photovoltaic rails. These can fit in most existing zinc roofs without requiring insertion structures for fixing. The photovoltaic modules rails are much smaller than the covencionais, may be constructed in accordance with the desired power, with height and width needed. With photovoltaic rails produced were analyzed performance through collection voltage data. The results were analyzed relating them to the four seasons, and obtained energy production time results, the start and end time of photovoltaic production. The structure of the photovoltaic trough was assessed with the analysis of changes of possibilities in the tests. Photovoltaic rails can be built according to the power required with only the addition of new rails without the need for modification of the existing roof. The study showed satisfactory results, analyzing that over a year trough structure has not changed and voltage measurements remained constant, and these study conducted in the four seasons of the year, subject to the various weather.

Orientador: Paulo José Amaral Serni / Coorientador: Alceu Ferreira Alves / Coorientador: André Luiz Andreoli / Resumo: Esta dissertação apresenta o desenvolvimento e as simulações computacionais de um inversor fotovoltaico de 2,0 kVA para o controle da potência reativa na rede de distribuição, de modo que haja compensação ativa do fator de potência e aumento da qualidade da energia no local da instalação da planta. Para atingir este objetivo, por meio do ambiente de desenvolvimento do MATLAB/Simulink®, o controle da potência ativa foi realizado pelo ajuste do ângulo entre a tensão da rede e a tensão gerada pelo inversor, por meio do equilíbrio do potencial do barramento CC (proveniente do gerador fotovoltaico). A potência reativa, por sua vez, foi ajustada pela amplitude da tensão do ponto de acoplamento de uma carga local. Além disto, utilizaram-se controladores proporcionais-ressonantes nas malhas de tensão e corrente do conversor trifásico, com finalidade de mitigar as correntes harmônicas de cargas não-lineares que podem depreciar o fator de potência. Foi implementado, também, um conversor CC-CC isolado full-bridge do tipo boost com potência nominal de 1,8 kW, responsável por rastrear o ponto de máxima potência dos módulos fotovoltaicos. Os resultados obtidos permitiram a avaliação do desempenho dos controladores e a observação da conservação, pelo inversor, do fator de potência da rede próximo da unidade para situações com variações acentuadas da carga e da irradiação solar, bem como para os casos com a presença de cargas não-lineares no sistema. Com isso, o perfil de tensão entregue à c... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This dissertation presents the development and computational simulations of a 2.0 kVA photovoltaic inverter for the control of the reactive power in the distribution network, so that there is active power factor compensation and an increase in the quality of the energy at the installation site plant. In order to reach this objective, the MATLAB/Simulink® development environment was used to control the active power by adjusting the angle between the grid voltage and the voltage generated by the inverter, by means of the potential balance of the DC (from the photovoltaic generator). The reactive power, in turn, was adjusted by the amplitude of the voltage of the coupling point of a local load. In addition, resonant-proportional controllers were used in the voltage and current loops of the three-phase converter, in order to mitigate the harmonic currents of non-linear loads that may depreciate the power factor. A full-bridge, full-bridge boost converter with nominal power of 1.8 kW was also implemented, responsible for tracking the maximum power point of the photovoltaic modules. The results obtained allowed the evaluation of the performance of the controllers and the observation of the conservation by the inverter of the power factor of the network close to the unit for situations with marked variations of the load and the solar irradiation, as well as for the cases with the presence of loads in the system. Thus, the voltage profile delivered to the load is approximately sinuso... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Sistemas de aquecimento de água que utilizam a conversão de energia solar em energia térmica, além de serem um meio fácil e limpo de geração de energia, trazem benefícios econômicos ao país e principalmente a quem os utiliza. O elemento principal destes sistemas, o coletor solar, é objeto de estudo neste trabalho. Coletores planos são amplamente utilizados e possuem uma tecnologia consolidada, porém, um tipo de coletor composto por tubos de vidro, com isolamento a vácuo e superfície absorvedora seletiva vem se tornando uma opção cada vez mais viável economicamente. Com benefícios evidentes em climas de frio mais intenso, estes coletores devem ter seus parâmetros de desempenho térmico determinados segundo procedimentos normativos, para que possam ser dimensionados de forma correta os sistemas de aquecimento que os utilizarem. Este trabalho descreve o desenvolvimento de uma bancada de ensaios construída no Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, que tem o intuito de possibilitar o ensaio deste tipo de coletor. Esta bancada contou com uma instrumentação cuidadosamente calibrada e com um dispositivo, desenvolvido neste trabalho, capaz de realizar medidas da diferença de temperatura da água entre as seções de entrada e saída do coletor com uma incerteza inferior a 0,05 °C. Foram realizados ensaios individuais de dois tubos a vácuo de superfícies absorvedoras distintas desacoplados do coletor. Um ensaio determinou seu coeficiente de transferência de calor e outro avaliou as propriedades ópticas de cada tubo. A metodologia experimental utilizada se mostrou válida e possível de determinar alguns parâmetros para utilização em simulações. Um melhor desempenho do tubo com superfície seletiva de (Al-N/SS/Cu) em relação ao que utiliza (Al-N/Al) ficou evidente nestes ensaios. Foi realizado na bancada desenvolvida o ensaio de um coletor de tubos de vidro a vácuo que utiliza o principio de transferência direta. Sua curva de eficiência e seus parâmetros de desempenho foram determinados sob condições de regime permanente. Houve pequena diferença entre os valores obtidos e os fornecidos pelo fabricante, o que deve ter ocorrido, em parte, devido à diferença das condições de realização dos ensaios. A curva de desempenho obtida neste trabalho para o coletor de tubos de vidro a vácuo foi comparada às curvas de dois coletores planos. Nesta comparação ficou evidente que o coletor ensaiado é mais eficiente em situações onde a diferença entre a temperatura da água no interior do coletor e temperatura ambiente são maiores. / The use of solar systems for heating water brings economic benefits to the country and especially to the users. Furthermore, it is an easy and clean form of energy generation. The solar collector, the main element of such systems, is the object of the present study. Flat plane collectors are widely used and have a consolidated technology. However, the market share of tubular evacuated glass collectors is rapidly increasing. These collectors are constituted by elements consisting in two concentrical tubes with vacuum in between. Instead of using a black painted sheet of metal as the absorbing element, the internal glass tube is coated with a selective surface. The vacuum provides a high level insulation, with evident benefits in severe cold climates. In order to allow a correct sizing of systems employing such collectors, their thermal performance parameters must be determined according to standard procedures. This work show the description of a test system, built at Laboratório de Energia Solar of Universidade do Rio Grande do Sul, which enable the testing of this type of collector. This test system features a carefully calibrated instrumentation and a device, developed in this work, for measuring the water temperature difference between the collector inlet and outlet with an accuracy of 0.05 °C. A test for estimating the thermal losses and the optical properties of two evacuated tubes with different selective surfaces (Al-N/SS/Cu e Al-N/Al) was also performed. The better performance of the tube with the selective surface deposited on a copper layer was. The experimental methodology was proven to be valid and useful for determining some parameters used in simulations. A test based on the current Brazilian standard with a solar collector with twenty water-in-glass vacuum tubes was performed. Its efficiency curve and its performance parameters were determined under steady state conditions. Some differences between the obtained values and manufacturer data were detected, probably due to the difference between the test conditions. The efficiency curve obtained for the tubular solar collector was compared to the curves of two flat plane collectors. This comparison indicated that the tested collector is more efficient under situations in which the difference between the temperature of the water inside the collector and the ambient temperature are higher.