As fontes renováveis de energia, em especial a energia solar fotovoltaica vem ganhando espaço nos últimos anos devido ao avanço da tecnologia, redução dos custos e redução das fontes não-renováveis. Os painéis fotovoltaicos isoladamente ou para pequenas aplicações geram uma baixa tensão de saída e a adequação dos níveis de tensão fornecidos em sua saída aos requeridos pela concessionária de energia elétrica é um desafio. Neste trabalho é apresentada uma nova estrutura modificada da topologia do conversor SEPIC que usa as técnicas de acoplamento magnético série e células multiplicadoras de tensão em conjunto, afim de obter um elevado ganho de tensão, visando a aplicação em fontes renováveis de energia. Optou-se pela solução não isolada, pois esta apresenta diversas vantagens em relação a solução isolada, como: menor peso, volume, custo e maior eficiência energética devido a menores perdas de potência nos indutores acoplados. Também, a utilização da indutância de dispersão, que é um parâmetro intrínseco de um acoplamento magnético, permite a operação com comutação suave ZCS (ZCS, do inglês Zero Current-Switching) no interruptor, aumentando a eficiência da estrutura com a redução das perdas por comutação. No decorrer do trabalho são realizadas as análises das etapas de operação de diversos conversores a partir do conversor SEPIC modificado, evolui-se pela adição de técnicas elevadoras de tensão até a estrutura proposta neste trabalho. Por fim, é realizado o controle em malha fechada utilizando um controlador PID analógico que fornece uma resposta rápida e consequente correção a possíveis mudanças na variável controlada. Os resultados teóricos e experimentais do conversor proposto são descritos neste trabalho para validar as análises desenvolvidas e demonstrar a eficiência da estrutura. O protótipo é desenvolvido para uma aplicação com potência nominal de 200 W, tensão nominal de saída igual a 450 V e uma tensão de entrada variando entre 20 V e 40 V. O rendimento obtido para o conversor proposto operando na frequência de 35 kHz na potência nominal é de 91,28% e eficiência igual a 89,04% para a potência nominal de 200 W na frequência de 90 kHz. / The renewable energy resources, in special the photovoltaic energy has been achieve more space in last years due to technology advances, cost reduction and decrease of the non-renewable energy sources. The photovoltaic panels in isolation or to small applications generate a low output voltage and to comply with of voltage levels provided in panel’s output to those required by electric power concessionaire is a challenge. In this work is presented a new structure modified of the SEPIC converter topology who uses the coupling magnetic series and voltage multiplier cell techniques together, in order to obtain a high voltage gain aiming at application in renewable energy resources. It was has been choosen non-isolated solution, because this present several advantages in relation to the isolated solution, such as: lower weight, volume, cost and high energy efficiency due to smaller power losses in the coupled inductors. The use leakage inductance, who is an intrinsic parameter of the a magnetic coupling, allows soft-switching operation ZCS in switch, increasing the structure’s efficiency with reduction of switching losses. During the work are perform the analysis of the operation steps of several converters as of the modified SEPIC converter and evolves by addition high voltage techniques until the structure proposed in this work. Finally, is performed the closed loop control using the analog PID controller who provides a fast response and consequent correction to possible changes in the controlled variable. The theoretical and experimental results of the proposed converter are described in this work to validate the developed analysis and demonstrate the structure’s efficiency. The prototype is developed to a application with nominal power of 200 W, nominal output voltage equal 450 V and an input voltage varying between 20 V and 40 V. The efficiency obtained to proposed converter operating in frequency of the 35 kHz in nominal power is 91,28% and efficiency equal 89,04% to nominal power in frequency of the 90 kHz.

Este trabalho objetiva contribuir com o planejamento da geração de energia elétrica por meio da utilização de geração fotovoltaica de forma distribuída, ou seja, instalada e em operação em paralelo junto com a rede de distribuição de energia elétrica. Utiliza-se uma abordagem hipotético-dedutiva, buscando hipóteses, na forma de questões orientadoras, que serão testadas por meio do tratamento dos dados coletados e sua posterior análise e interpretação. O método de procedimento é o estudo de caso, sendo escolhida a cidade de Curitiba e o restante dos municípios compreendendo sua Região Metropolitana. A partir da elaboração da revisão na literatura, visando constituir a fundamentação teórica desta pesquisa, é elaborado um breve inventário estatístico e do aspecto de geração de energia elétrica da cidade de Curitiba, no contexto do estado do Paraná. Os procedimentos metodológicos envolvem a simulação de cenários de inserção de geração fotovoltaica distribuída, considerando diferentes níveis de penetração, e seus efeitos sobre curvas de carga reais para a cidade de Curitiba. Foram selecionados 12 dias, considerados críticos, para a análise que contemplou a contribuição fotovoltaica em termos da redução do consumo de energia elétrica, redução de emissões de CO2 e, por fim, capacidade do sistema fotovoltaico em reduzir a demanda máxima do sistema elétrico. Constatou-se que o intervalo de capacidade instalada em energia solar fotovoltaica situa-se entre 40,80 MWp e 55,68 MWp, desconsiderando exceções, e remete a valores de máximo Fator Efetivo de Capacidade de Carga (FECC), para condição de irradiação máxima e irradiação típica, no inverno e verão. Dessa forma, este intervalo é considerado apropriado do ponto de vista do aumento da capacidade do sistema elétrico, devido à presença de geradores fotovoltaicos distribuídos. Além disso, o referido intervalo além de aumentar em mais de 50% a capacidade do sistema elétrico, acarreta em redução anual do consumo de energia elétrica entre 50,8 GWh e 69,4 GWh, além de evitar a emissão de 18.501 toneladas de CO2-eq a 25.251 toneladas de CO2-eq, sendo, portanto, um importante vetor para o aumento da oferta de energia elétrica, aumento da capacidade do sistema elétrico e, por fim, redução de emissões de Gases do Efeito Estufa, principalmente o CO2. / This study aims to deepen knowledge in the item electricity generation planning through the use of distributed generation using solar photovoltaic energy, which means that photovoltaic systems are able to operate in parallel with the electricity distribution network. A hypothetical-deductive approach was developed, seeking hypotheses in the form of guiding questions, which will be tested by treatment of the collected data and their analysis and interpretation. The method of procedure is the case study, being applied to the Metropolitan Region of Curitiba. The literature review aims to be the theoretical basis of this research, therefore it mainly consists of a brief statistical and electrical energy inventory of the city of Curitiba in Paraná state. The methodological procedures involve the simulation of different scenarios for distributed PV generators by varying their Penetration Level, so that the effects on actual load curves for the region analyzed were quantified. 12 critical days were selected to the analysis that included the photovoltaic contribution in terms of reducing electrical energy consumption, reducing CO2 emissions and, finally, the capacity of the photovoltaic systems to reduce the maximum demand of the electrical system of the city. It was concluded that the most appropriate PV Penetration Level, in terms of power, regards with 40,80 MWp up to 55,68 MWp, disconsidering exceptions. This result leads to maximum values of Effective Load Carrying Capacity (ELCC), for maximum and typical solar radiation, during the seasons of winter and summer. In result, this proposed interval represents the better peak shaving capability of PV, because of its higher ELCC parameter. Furthermore, in addition to increase more than 50% in the capacity of the electrical system, there is an annual amount of energy generated about 50.8 GWh and 69.4 GWh, which represents 18,501 to 25,251 tons of CO2-eq avoided. For this reason, solar PV energy is an extremely important and feasible strategy to enhance the electricity generation, the capacity of the electrical system and to reduce greenhouse gases emission, especially CO2.

CAPES / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um estudo técnico social para definir as diretrizes que garantam a sustentabilidade de uma minirrede baseada em sistemas solares fotovoltaicos, localizados nas Zonas Não Interconectadas (ZNI) da Colômbia. A literatura da pesquisa está baseada na importância da energia elétrica e das construções sustentáveis para o homem e nos princípios de energia solar e de minirredes baseadas em sistemas solares fotovoltaicos. Após este levantamento, aplicou-se o método de pesquisa documental para contextualizar o leitor com os aspectos mais importantes sobre a Colômbia e sua realidade hoje. A partir destes aspectos foi possível concentrar a pesquisa em uma região, selecionada a partir de critérios de recurso solar disponível, economia, segurança, saúde e educação. Uma vez escolhida a região, foi feita uma pesquisa de campo em que foram entrevistados os agentes que podem influenciar no funcionamento de uma minirrede. Também foram observados os aspectos técnicos relacionados com as construções e a eficiência energética desta região, constatando que a mesma já contou, em alguma ocasião, com sistemas solares fotovoltaicos, mas estes foram vendidos pela própria comunidade por não encontrarem utilidade nenhuma neles. A partir das respostas encontradas nas entrevistas foi feita uma proposta de gestão da minirrede baseada em sistemas solares fotovoltaicos. Concluiu-se que é primordial que os agentes técnicos e administrativos do sistema como um todo tenham contato contínuo com o usuário para entender as suas necessidades e conseguir satisfazê-las com a instalação da minirrede. Também se observou que é importante criar no usuário um sentido de posse pela minirrede, identificando os benefícios educativos, de saúde e econômicos que esta nova tecnologia traz para ele. Este estudo abre as portas para novas pesquisas de avaliação e descrição das diretrizes propostas. / This research presents the development of a social-technical study to define guidelines to ensure the sustainability of a mini-grid based on solar photovoltaic systems located in Non Interconnected Areas (NIA) of Colombia. The literature of this research is based on the importance of energy and sustainable buildings to people, the principles of solar PV, and mini-grid based on solar photovoltaic systems. After this firt part, was applied the method of documentary research to contextualize the reader with the main relevant aspects of Colombia related to the research. From these aspects, it was possible to focus the research to a region, which was chosen by criterias such as: solar resource, economy, security, health and education. When the area was chosen, it was made a field survey. In this survey the agents that influence the operation of a mini network were interviwed. Also, it was observed the technical aspects of buildings, and the energy efficiency in this region. As a result it was observed that in the past there were PV solar systems, but these were sold by the community because they did not find them useful. From the interview answers, it was made a proposal about the management of the mini-grid based on solar photovoltaic systems. In conclusion, it is essential that the technical and administrative agents that make part of this system have continuous contact with the user to understand their needs and satisfy them with the installation of mini-grid. It is also important to create a sense of belonging from the user to the mini-grid, identifying the benefits, educational, health and economic that this new technology brings to him. This study opens the door to new research about evaluations and descriptions about the proposed guidelines.

Na busca por novas opções para a constituição da matriz energética brasileira, os Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica (SFVCR) configuram-se como uma alternativa para os centros urbanos, pois permitem a geração de energia de modo distribuído, ou seja, no próprio local onde esta será consumida e, permitem também, com que o excedente de energia produzido seja injetado na rede elétrica. Diante da perspectiva de instalar o SFVCR, o objetivo desta pesquisa foi o de elaborar um estudo específico, detalhado e atualizado sobre o potencial de geração de energia na cidade de Curitiba. Neste trabalho apresenta-se o estudo de caso de seis sistemas fotovoltaicos instalados em Curitiba, os quais tiveram seus Índices de Mérito – Produtividade, Taxa de Desempenho e Fator de Capacidade - avaliados, a partir dos dados de geração de energia elétrica destes sistemas, e dos dados de irradiação obtidos do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). O estudo revelou que, até abril de 2017, o estado do Paraná possuía 810 SFVCR em operação, correspondendo a um total de 5MW e, a cidade de Curitiba 170 SFVCR – 865 kW em operação, sendo que 80% dos sistemas estão instalados em residências. Outro fato interessante é que 98% desses sistemas usam módulos com tecnologia de silício policristalino, 75% aplicam inversores monofásicos e, 95% desses inversores não possuem transformadores, pois dessa forma as perdas no processo de conversão são menores, além desses equipamentos serem mais compactos e possuírem tecnologia mais avançada do que os inversores com transformador. Constatou-se que a principal tendência do mercado de energia fotovoltaica é empregar inversores sem transformador. Além disso, os estudos realizados revelaram que a escolha do inversor e o modo de instalação dos painéis fotovoltaicos são fatores determinantes para maximizar o desempenho do sistema fotovoltaico. Os resultados desta pesquisa mostram a importante contribuição que os SFVCR podem trazer na geração de energia de modo distribuído e dessa forma, podem colaborar para a elaboração de políticas públicas com o intuito de incentivar projetos e pesquisas na área de energia fotovoltaica, visando à disseminação do uso dessa fonte renovável no país. / In the search for new options for the establishment of the energy matrix of Brazil, the Grid-Connected Photovoltaic Systems (SFVCR) are configured as an alternative to urban centers, because they allow the power generation at distributed mode, that is, generate energy at the place where it will be consumed and inject the surplus energy into the network. Faced with the prospect of installing Grid-Connected Photovoltaic System, the objective of this research is to characterize this type of photovoltaic system and also, analyze the results in terms of productivity parameters, such as Yield, Performance Ratio and Capacity Factor of six grid-connected systems that are installed in Curitiba. The radiation data used to calcute those parameters has been acquired from Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). This paper highlight that the Parana state has 810 SFVCR (until April 2017) in operation, which stands for 5MW and Curitiba has 170 SFVCR, 865 kW in operation, and 80% of them are installed in residences. In addition, 98% of those systems use multicrystalline modules, 75% use single phase inverters and 95% of these use inverters transformerless, because the losses in the conversion process are reduced and the equipments are more compact and have more technology than the inverters with transformer. So, the main trend of photovoltaic energy market is to use transformerless inverters. The results obtained shows that the inverters’choice and the installation mode of the photovoltaic modules are important factors to maximize the photovoltaic system’s performance. In the end, the results demonstrates that the SFVCR contribute to distributed power generation and should be use in the elaboration of public policies with the purpose of encouraging projects and research in the photovoltaic energy’s area, aiming the dissemination of this renewable source of energy in Brazil.