No Brasil, assim como em outros países que recebem abundantes quantidades de radiação solar durante todo o ano, há um grande potencial para os sistemas que usam a tecnologia fotovoltaica para promover o bombeamento de água. Entretanto, a escolha dos conjuntos de motores e bombas mais adequados para cada situação passa pela análise do desempenho dos sistemas de bombeamento. Portanto, devem ser analisadas tanto as melhores configurações de geradores fotovoltaicos destinados a operar os conjuntos formados pelos motores e bombas, quanto às eficiências das bombas e da conversão fotovoltaica. Nesse trabalho são apresentadas medidas e comparações do desempenho de dois sistemas de bombeamento diretamente acoplados a geradores fotovoltaicos. Para tanto, foi construída uma bancada destinada a realizar uma série de experimentos. Um dos sistemas usou uma bomba centrífuga acoplada a um gerador fotovoltaico formado por três módulos fotovoltaicos. O outro, utilizou uma bomba volumétrica de diafragma acoplada a um único módulo fotovoltaico. Os experimentos foram conduzidos em duas etapas distintas. A primeira foi feita com os motores acoplados a uma fonte de potência em corrente contínua e serviu para a determinação das curvas de desempenho de cada uma das bombas, das curvas dos sistemas, assim como das curvas de corrente (I) e de tensão (V) de cada um dos motores que acionavam as bombas. A segunda foi realizada com os sistemas acoplados diretamente aos geradores fotovoltaicos. A determinação da configuração dos geradores fotovoltaicos destinados a acionar os diferentes sistemas de bombeamento em análise nesse trabalho foi feita por meio da sobreposição das curvas de corrente e tensão dos motores e dos módulos fotovoltaicos. A parte experimental, estando os sistemas acoplados aos geradores, constou de medidas realizadas em intervalos de tempo de cinco segundos, para cada bomba e em várias alturas, das seguintes variáveis: temperatura ambiente, irradiância, temperatura dos módulos, corrente e tensão do motor, rotação do motor, temperatura da água, diferencial de pressão entre entrada e saída da bomba e vazão. As diversas alturas foram simuladas por meio da abertura e/ou fechamento de uma válvula de controle de vazão colocada na extremidade tubulação de descarga, operada manualmente. Os procedimentos adotados nessa dissertação permitiram caracterizar os sistemas de bombeamento propostos, assim como determinar quais os arranjos mais adequados para operar cada sistema. Verificou-se que o melhor arranjo para operar o conjunto motor e bomba centrífuga foi aquele formado por três módulos fotovoltaicos ligados em paralelo, enquanto que a melhor opção para operar o conjunto motor e bomba de diafragma foi com somente um módulo fotovoltaico. De posse dos dados medidos foi possível determinar as eficiências: instantâneas, máximas instantâneas e diárias da conversão fotovoltaica assim como dos conjuntos motores e bombas, em diferentes alturas. Relativamente à conversão fotovoltaica, verificou-se que o conjunto motor e bomba centrífuga operou com eficiência instantânea máxima de 5,74% e eficiência diária de 4,70%, enquanto que o conjunto motor e bomba volumétrica de diafragma operou com eficiência instantânea máxima de 7,66% e eficiência diária de 5,82%. Relativamente à eficiência dos conjuntos motores e bombas, verificou-se que o conjunto motor e bomba centrífuga operou com eficiência instantânea máxima de 19,19% e eficiência diária de 16,79%, enquanto que o conjunto motor e bomba volumétrica de diafragma operou com eficiência instantânea máxima de 38,88% e eficiência diária de 34,30%. Verificou-se ainda que a altura foi determinante na eficiência do conjunto motor e bomba centrífuga e pouco influenciou na eficiência do conjunto motor e bomba de diafragma. Além dessas, outras considerações sobre o comportamento dos sistemas de bombeamento ao longo de um dia também foram ser registrados, tais como: limiares de irradiância para início e final de vazão, correntes de pico ou de arranque dos motores e correntes de início de vazão ou escoamento. / In Brazil as well as in other countries which receive a great amount of solar radiation during all year long there is a great potential for the systems which use the photovoltaic technology for water pumping. However, the performance of the motors and pumps should be accordingly analyzed for each situation. Therefore, should be analyzed the best configurations of photovoltaic arrays which will be used to drive the motors and pumps as well as the efficiency of the pumps and of the photovoltaic conversion. This work shows the measurements made during the experiences and compares the performance of two water pumping systems directly coupled to the photovoltaic arrays. A laboratory test facility was built to evaluate the photovoltaic pumping systems. One of the systems used a centrifugal pump directly coupled to an array assembled with three photovoltaic modules. The other system used a volumetric diaphragm pump directly coupled to an only one photovoltaic module. The experiences were made in two stages. On the first stage the motors and pump were coupled to a DC power source. In this stage all the experiments and data were used to evaluate the characteristic performance of the pumps as well as their current and voltage performances. On the second stage the motors and pumps were directly coupled to the photovoltaic arrays. The determination of the best array to be used to drive the different sets of motors and pumps were made by superimposing the current and voltage curves of the motors to the current and voltage curves of the photovoltaic arrays. The following measurements of the variables were made with the motors and pumps directly coupled to the photovoltaic arrays: weather temperature, solar radiation, cell and module temperature, current and voltage of the motors, velocity of the motors in rpm, water temperature, pressure differential between entrance and exit of the pump and water flow. All the experiences were made for several pump heads and the measurements were made at each five seconds. The several pump heads were simulated by a control valve manually operated. The procedures adopted in that work allowed characterizing the proposed pumping systems, as well as determining which the arrays more adapted to operate each system. It was verified that the best array to operate the motor and centrifugal pump set was that formed by three photovoltaic modules connected in parallel, while the best option to operate the motor and diaphragm pump set was with only a photovoltaic module. With all the measured data was possible to determinate the instantaneous efficiency, the maximum instantaneous efficiency and the daily efficiency of the photovoltaic conversion as well as of the motors and pumps sets. Relatively to the photovoltaic conversion, it was verified that motor and centrifugal pump set operated with a maximum instantaneous efficiency of 5,74% and a daily efficiency of 4,70%, while motor and volumetric diaphragm pump operated with a maximum instantaneous efficiency of 7,66% and a daily efficiency of 5,82%. Relatively to the efficiency of motors and pumps sets, it was verified that the motor and centrifugal pump set operated with a maximum instantaneous efficiency of 19,19% and a daily efficiency of 16,79%, while the group motor and bomb diaphragm volumetric operated with a maximum instantaneous efficiency of 38,88 % and a daily efficiency of 34,30%. It was also verified that the head pumping is strongly decisive in the efficiency of motor and centrifugal pump set and little influenced in the efficiency of motor and volumetric diaphragm pump set. A series of considerations about the behavior of the pumping systems along the day could also be registered, such as: irradiance threshold for the beginning and flow stop, peak current of the motors and current for the beginning of flow.

No Brasil, assim como em outros países que recebem abundantes quantidades de radiação solar durante todo o ano, há um grande potencial para os sistemas que usam a tecnologia fotovoltaica para promover o bombeamento de água. Entretanto, a escolha dos conjuntos de motores e bombas mais adequados para cada situação passa pela análise do desempenho dos sistemas de bombeamento. Portanto, devem ser analisadas tanto as melhores configurações de geradores fotovoltaicos destinados a operar os conjuntos formados pelos motores e bombas, quanto às eficiências das bombas e da conversão fotovoltaica. Nesse trabalho são apresentadas medidas e comparações do desempenho de dois sistemas de bombeamento diretamente acoplados a geradores fotovoltaicos. Para tanto, foi construída uma bancada destinada a realizar uma série de experimentos. Um dos sistemas usou uma bomba centrífuga acoplada a um gerador fotovoltaico formado por três módulos fotovoltaicos. O outro, utilizou uma bomba volumétrica de diafragma acoplada a um único módulo fotovoltaico. Os experimentos foram conduzidos em duas etapas distintas. A primeira foi feita com os motores acoplados a uma fonte de potência em corrente contínua e serviu para a determinação das curvas de desempenho de cada uma das bombas, das curvas dos sistemas, assim como das curvas de corrente (I) e de tensão (V) de cada um dos motores que acionavam as bombas. A segunda foi realizada com os sistemas acoplados diretamente aos geradores fotovoltaicos. A determinação da configuração dos geradores fotovoltaicos destinados a acionar os diferentes sistemas de bombeamento em análise nesse trabalho foi feita por meio da sobreposição das curvas de corrente e tensão dos motores e dos módulos fotovoltaicos. A parte experimental, estando os sistemas acoplados aos geradores, constou de medidas realizadas em intervalos de tempo de cinco segundos, para cada bomba e em várias alturas, das seguintes variáveis: temperatura ambiente, irradiância, temperatura dos módulos, corrente e tensão do motor, rotação do motor, temperatura da água, diferencial de pressão entre entrada e saída da bomba e vazão. As diversas alturas foram simuladas por meio da abertura e/ou fechamento de uma válvula de controle de vazão colocada na extremidade tubulação de descarga, operada manualmente. Os procedimentos adotados nessa dissertação permitiram caracterizar os sistemas de bombeamento propostos, assim como determinar quais os arranjos mais adequados para operar cada sistema. Verificou-se que o melhor arranjo para operar o conjunto motor e bomba centrífuga foi aquele formado por três módulos fotovoltaicos ligados em paralelo, enquanto que a melhor opção para operar o conjunto motor e bomba de diafragma foi com somente um módulo fotovoltaico. De posse dos dados medidos foi possível determinar as eficiências: instantâneas, máximas instantâneas e diárias da conversão fotovoltaica assim como dos conjuntos motores e bombas, em diferentes alturas. Relativamente à conversão fotovoltaica, verificou-se que o conjunto motor e bomba centrífuga operou com eficiência instantânea máxima de 5,74% e eficiência diária de 4,70%, enquanto que o conjunto motor e bomba volumétrica de diafragma operou com eficiência instantânea máxima de 7,66% e eficiência diária de 5,82%. Relativamente à eficiência dos conjuntos motores e bombas, verificou-se que o conjunto motor e bomba centrífuga operou com eficiência instantânea máxima de 19,19% e eficiência diária de 16,79%, enquanto que o conjunto motor e bomba volumétrica de diafragma operou com eficiência instantânea máxima de 38,88% e eficiência diária de 34,30%. Verificou-se ainda que a altura foi determinante na eficiência do conjunto motor e bomba centrífuga e pouco influenciou na eficiência do conjunto motor e bomba de diafragma. Além dessas, outras considerações sobre o comportamento dos sistemas de bombeamento ao longo de um dia também foram ser registrados, tais como: limiares de irradiância para início e final de vazão, correntes de pico ou de arranque dos motores e correntes de início de vazão ou escoamento. / In Brazil as well as in other countries which receive a great amount of solar radiation during all year long there is a great potential for the systems which use the photovoltaic technology for water pumping. However, the performance of the motors and pumps should be accordingly analyzed for each situation. Therefore, should be analyzed the best configurations of photovoltaic arrays which will be used to drive the motors and pumps as well as the efficiency of the pumps and of the photovoltaic conversion. This work shows the measurements made during the experiences and compares the performance of two water pumping systems directly coupled to the photovoltaic arrays. A laboratory test facility was built to evaluate the photovoltaic pumping systems. One of the systems used a centrifugal pump directly coupled to an array assembled with three photovoltaic modules. The other system used a volumetric diaphragm pump directly coupled to an only one photovoltaic module. The experiences were made in two stages. On the first stage the motors and pump were coupled to a DC power source. In this stage all the experiments and data were used to evaluate the characteristic performance of the pumps as well as their current and voltage performances. On the second stage the motors and pumps were directly coupled to the photovoltaic arrays. The determination of the best array to be used to drive the different sets of motors and pumps were made by superimposing the current and voltage curves of the motors to the current and voltage curves of the photovoltaic arrays. The following measurements of the variables were made with the motors and pumps directly coupled to the photovoltaic arrays: weather temperature, solar radiation, cell and module temperature, current and voltage of the motors, velocity of the motors in rpm, water temperature, pressure differential between entrance and exit of the pump and water flow. All the experiences were made for several pump heads and the measurements were made at each five seconds. The several pump heads were simulated by a control valve manually operated. The procedures adopted in that work allowed characterizing the proposed pumping systems, as well as determining which the arrays more adapted to operate each system. It was verified that the best array to operate the motor and centrifugal pump set was that formed by three photovoltaic modules connected in parallel, while the best option to operate the motor and diaphragm pump set was with only a photovoltaic module. With all the measured data was possible to determinate the instantaneous efficiency, the maximum instantaneous efficiency and the daily efficiency of the photovoltaic conversion as well as of the motors and pumps sets. Relatively to the photovoltaic conversion, it was verified that motor and centrifugal pump set operated with a maximum instantaneous efficiency of 5,74% and a daily efficiency of 4,70%, while motor and volumetric diaphragm pump operated with a maximum instantaneous efficiency of 7,66% and a daily efficiency of 5,82%. Relatively to the efficiency of motors and pumps sets, it was verified that the motor and centrifugal pump set operated with a maximum instantaneous efficiency of 19,19% and a daily efficiency of 16,79%, while the group motor and bomb diaphragm volumetric operated with a maximum instantaneous efficiency of 38,88 % and a daily efficiency of 34,30%. It was also verified that the head pumping is strongly decisive in the efficiency of motor and centrifugal pump set and little influenced in the efficiency of motor and volumetric diaphragm pump set. A series of considerations about the behavior of the pumping systems along the day could also be registered, such as: irradiance threshold for the beginning and flow stop, peak current of the motors and current for the beginning of flow.

Submitted by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-04-13T21:07:22Z No. of bitstreams: 1 TESE Marília Souto Maior de Lima.pdf: 5515962 bytes, checksum: 93a1e083a632ff3c954960a6fdd3d14e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-13T21:07:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE Marília Souto Maior de Lima.pdf: 5515962 bytes, checksum: 93a1e083a632ff3c954960a6fdd3d14e (MD5) Previous issue date: 2015-08-21 / Sistemas computacionais portáteis, como smartphones, tablets, câmeras etc., estão se tornando cada vez mais complexos por implementarem novas funcionalidades que não eram possíveis até alguns anos atrás. Sem conexão contínua à rede elétrica e dependentes de bateria como fonte de energia, torna-se um desafio projetar esses sistemas para que sejam capazes de se manterem operacionais durante um longo período de tempo sem recarga. Recentemente, a tecnologia de energy harvesting surgiu como uma forma de superar o problema de fornecimento de energia para este tipo de sistema. O conceito de energy harvesting significa coletar outras formas de energia disponíveis no ambiente e transformá-las em energia elétrica (KANSAL et al., 2007). Porém, para sistemas com energy harvesting, um modelo mais sofisticado é necessário para caracterizar o fornecimento e consumo da energia disponível: como utilizar a energia captada a uma taxa adequada, a fim de manter o sistema funcionando continuamente? Este paradigma foi chamado de “energy neutral operation mode” em (KANSAL et al., 2007) e significa que, durante todo o funcionamento, a energia consumida pelo sistema deve ser inferior à energia disponível, permitindo assim que a sua operação seja contínua e sem desligamento devido à falta de energia. Se por um lado a tecnologia de energy harvesting representa uma alternativa de fornecimento de energia, por outro lado, a complexidade da concepção do projeto aumenta, uma vez que elementos relativos à gestão do consumo de energia e adaptação do desempenho do sistema devem também estar presentes. Como forma de superar esse desafio, neste trabalho é proposto um novo modelo de arquitetura para a concepção de aplicações harvesting-aware em FPGA com o objetivo de reduzir a complexidade adicional de projeto inerente a este tipo de aplicação. A principal contribuição é um modelo de arquitetura capaz de tornar harvesting-aware aplicações síncronas em FPGA que usam energia solar como fonte alternativa de energia. A estratégia adotada consiste em adaptar o consumo de energia do sistema controlando a dissipação de potência dinâmica de acordo com a previsão de energia e os níveis de desempenho definidos pelo projetista. O modelo da arquitetura foi validado com uma implementação em Verilog sintetizável num FPGA Cyclone IV e as suas principais vantagens são: pode ser utilizada num amplo escopo de aplicações, uma vez que foi modelada para controlar sistemas síncronos; causa baixo impacto sobre a concepção do projeto, pois a sua utilização não implica mudanças no código fonte da aplicação. Além disso, a inclusão dos módulos da arquitetura no projeto acarretam um baixo overhead computacional em termos de área ocupada, consumo de energia e tempo de processamento. No estudo de caso apresentado, um conversor de RGB-YCrCb foi utilizado para validar os resultados obtidos através de simulação e medições no FPGA. / Portable computing systems, such as smartphones, tablets, handheld cameras etc., are becoming increasingly more complex providing new functionalities that were not possible a few years ago. Dependent on batteries as a power source, and not connected continuously to the main supply, it becomes a challenge to design these systems to be operational for a long period of time. Recently, energy harvesting technology has emerged as a manner with which to tackle the problem of supplying energy to this type of system. The concept of energy harvesting means collecting other forms of energy available within the environment and transforming them into electrical energy (KANSAL et al., 2007). In systems with energy harvesting, a more sophisticated model is required in order to characterize the available energy: how to use the captured energy at an appropriate rate in order to keep the system running continuously? This paradigm has been called the “energy neutral operation mode” in (KANSAL et al., 2007) and means that the energy consumed by the system is less than the energy available throughout its operation, allowing its continuous operation without suffering shut downs due to the lack of energy. If on one hand energy harvesting technology represents an alternative for generating power for portable computing systems, on the other, the complexity of the project design increases, since elements regarding the management of energy consumption and adapting the application performance must be present. This fact becomes even more evident when implementing these systems in hardware. This thesis describes a novel scalable architecture model for the design of harvesting-aware applications on FPGAs. The objective of the proposed approach is to reduce the additional design complexity inherent to this type of design. The main contribution of this work is an architecture model capable of supporting applications on FPGAs that use solar energy to become harvesting aware. The adopted strategy was to adapt the energy consumption of the system by controlling the toggle rate of its signals according to the energy prediction and the performance levels set by the system designer. The architecture model was designed in a Cyclone IV FPGA and its main advantages are: it may be used within a wide range of applications, since it has been modelled to control synchronous systems; it causes a little impact on the project design, as to couple the harvesting-aware subsystem with the the application modules does not imply changes in the application source code. Moreover, the implementation of the architecture model has a low computational overhead in terms of area, power dissipation and processing time. In the case study presented, an RGB-YCrCb Converter was used as an application in order to validate the implementation data, simulation, measurements and results presented in this work.

Orientador : Laszlo Halasz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T17:20:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueiredo_JoseRicardo_M.pdf: 22486250 bytes, checksum: 95eaff7c9f696ee5c7adec3f444f6006 (MD5) Previous issue date: 1980 / Resumo: Inicialmente, descreve-se o projeto de um sistema de refrigeração por absorção movido a energia solar com utilização de coletores solares parabó1icos de baixa concentração. Este sistema deve manter uma câmara frigorífica semi-Subterrâinea a níveis de temperatura apropriados a conservação de produtos semiperecíveis. A seguir são apresentados os modelamento teóricos para regimes permanentes e não permanente. Ambos fornecem os parâmetros principais do funcionamento do sistema em função de dois tipos de grandezas: variáveis externas; tais como insolação. temperatura atmosférica, etc, e características operacionais dos diversos componentes / Abstract: In the first instance this work describes the project of a solar driven absorption refrigeration system with low concentration parabolic solar collector. This system must keep a cold store room at levels of temperature suitable for conservation of semi-perecible products. Consequently, are presented theoretical models for steady and unsteady regimes. Both models give main features of system operation as function of two kinds of quantities: external variables such as solar incidence, ambiental temperature, etc, and operational characteristics of the components / Mestrado / Mestre em Ciências

Orientador : Isaias de Carvalho Macedo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-17T22:35:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Franca_FernandodeAlmeida_M.pdf: 1042869 bytes, checksum: 29b623b207ec17f21ebf1679a85b6b0f (MD5) Previous issue date: 1979 / Resumo: Análise do desempeho térmico instantâneo de coletores de parábola composta - coletor de "Winston" - de baixa concentração, para três montagens: cobertura de vidro no plano de abertura e refletor isolado; cobertura de vidro no plano de abertura e refletor sem isolamento e cobertura de vidro imediatamenete acima do absorvedor. A transferência de calor convectiva no interior do coletor, 2a montagem, foi determinada experimentalmente. São discutidas as técnicas de construção de protótipos de concentrações 2,4 e 5,3 e apresentadas as curvas de eficiências, teóricas e experimentais, para temperaturas do absorvedor variando entre 50ºC e 150°C / Abstract: Not informed / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Nos últimos anos, os coletores concentradores parabólicos de energia solar (CCPES) vem se destacando e crescendo de forma surpreendente em diversos países do mundo como Espanha, EUA, Israel e Egito, devido ao baixo impacto ambiental e alta eficiência do sistema. A tecnologia envolvida para produção dos materiais utilizados para confecção destes dispositivos tem sido fator preponderante que dita o nível de rendimento e eficiência energética do sistema. Dentre estes materiais são encontrados os compósitos "cermet" para aplicação nas superfícies seletivas das ampolas conversoras. Tendo estes dados como fatores motivacionais, o presente trabalho tem como objetivo a produção de filmes de compósitos cermet de Mo-AlNxOy pela técnica de magnetron sputtering para aplicação em superfícies seletivas utilizadas nas ampolas. O principal parâmetro estudado foi o efeito da variação da temperatura de recozimento e deposição nas propriedades ópticas e morfológicas do filme. Os resultados mostraram que o recozimento aumenta a absortância devido ao efeito de discriminação de frentes de onda, ocasionado pelo aumento da rugosidade superficial do filme. Também foi observado que a cristalinidade e a inserção de molibdênio alteram as propriedades ópticas do material. Isso ocorre devido ao diferente comportamento da banda proibida em materiais com diferentes cristalinidades, ao aumento de aceitadores/doadores de elétrons e ao efeito de plasmon ocasionado pela inserção de molibdênio. Com o recozimento a 800, 1000 e 1100C, houve aumento da oxidação do filme, e quebra das ligações superficiais de AlN o que reduziu a quantidade inicial de nitrogênio. Vale ressaltar que o recozimento a 600C não alterou as propriedades ópticas nem morfológicas do filme, o que sugere que os filmes de Mo-AlNxOy possam ser aplicados em superfícies seletivas no futuro.

Bajo la etiqueta de "Modelado y análisis de sistemas fotovoltaicos" se presentan los trabajos realizados a lo largo del doctorado. Estos estudios centran su aplicación en el área de los sistemas fotovoltaicos. Tienen por objetivo conseguir un entorno de trabajo que permita analizar la problemática asociada a instalaciones fotovoltaicas desde su diseño hasta su puesta en marcha y posterior explotación. Se ha escogido Matlab/Simulink como núcleo del entorno de trabajo debido a la gran potencia y flexibilidad que ofrece. En cada apartado, se comenta la problemática asociada a la implementación del modelo correspondiente mediante Matlab/Simulink y se contrastan los resultados con medidas experimentales, realizadas en el Laboratori de Sistemes Fotovoltaics del Departament d'Enginyeria Electrònica de la Universitat Politècnica de Catalunya, para poder evaluar las prestaciones conseguidas.Esta tesis doctoral se ha organizado de forma que primero se plantean las bases teóricas de los dispositivos involucrados. Seguidamente, estos dispositivos se estructuran en sistemas complejos. A continuación se plantea un método de extracción automática de parámetros que se permitirá adaptar los modelos de dispositivos y sistemas a las instalaciones fotovoltaicas reales a diseñar o analizar. Finalmente, se plantean un conjunto de aplicaciones que constituirán el entorno de trabajo de los usuarios.Así pues, en primer lugar se formulan los modelos de los dispositivos involucrados en los sistemas fotovoltaicos: baterías, paneles solares, reguladores de carga, inversores, convertidores continua-continua, controlador para conexión a red eléctrica y resistencias de pérdidas. Se ha tomado como premisa de partida definir un único modelo para cada dispositivo, planteándolo de la forma más general posible. Este planteamiento se soporta en la utilización posterior del método de extracción de parámetros para ajustar automáticamente los parámetros internos del modelo. En segundo lugar, se aborda la problemática de la integración de los dispositivos en sistemas fotovoltaicos. Se ha optado por ir construyendo la arquitectura de una instalación fotovoltaica completa a partir de su mínima expresión. Por ello se empieza con el análisis de un sistema formado por paneles solares y cargas, que se ha denominado sistema flotante. Seguidamente se introduce una batería, definiéndose el sistema autónomo. Introduciendo entonces las pérdidas debidas al cableado se plantea el sistema autónomo con pérdidas. La topología es ampliada añadiendo un regulador de batería que introduce las protecciones básicas para la batería, denominada sistema con regulador de batería. La incorporación de un inversor permite diferenciar los dos buses de potencia, desarrollándose el sistema completo. Un convertidor continua-continua entre paneles y baterías ofrece la posibilidad de plantear políticas de control en la generación de potencia, formulando así el sistema controlado. Finalmente, se plantea la introducción de un punto de acceso a la red eléctrica, obteniéndose el sistema más completo, denominado sistema conectado a red. Si bien disponer de un modelo teórico es el paso previo al estudio de cualquier tipo de sistema, el siguiente paso consiste en conocer los valores numéricos de los parámetros que permiten simular exactamente el comportamiento del sistema real bajo estudio. Normalmente se dispone de los valores nominales que proporcionan los fabricantes. Estos parámetros están sujetos tanto a una limitación en precisión como en vigencia debido al envejecimiento del sistema. La posibilidad de obtener los parámetros característicos de un sistema de forma automática, a partir de medidas experimentales, abre un abanico de posibilidades desde el diseño, en las etapas de desarrollo, hasta el mantenimiento, una vez esté ya en explotación. Uno de los métodos más utilizados para la extracción de parámetros de sistemas no lineales fue propuesto por D. Marquardt en 1963, basado en las hipótesis de trabajo de K. Levenberg sobre modelado de datos. Tomando como base este método, junto con los modelos de dispositivos y sistemas, se ha implementado un algoritmo de extracción automática de los parámetros característicos de una instalación fotovoltaica real.Una vez se dispone de las herramientas de bajo nivel necesarias, se afronta el reto de desarrollar las aplicaciones. Se han implementado 6 aplicaciones para el estudio y análisis de instalaciones fotovoltaicas. La identificación de sistemas obtiene los parámetros característicos, que permiten simular fielmente el comportamiento de una instalación fotovoltaica real, a partir de medidas empíricas. El diagnóstico ofrece la posibilidad de determinar la causa más probable de fallo mediante la utilización de técnicas estadísticas. El algoritmo de control ofrece un enfoque complementario a la gestión energética de los sistemas fotovoltaicos. Plantea una gestión global de la energía generada, consumida y almacenada en el sistema, tomando como referencia las baterías. La utilización del servidor Web extiende las posibilidades de identificación, diagnóstico, control y simulación de los sistemas aportando independencia tanto de la ubicación de las aplicaciones como del conocimiento del entorno de trabajo. Además de permitir un acceso remoto mediante un navegador Web estándar, añade confidencialidad y seguridad en la utilización de modelos y algoritmos, ya que los usuarios no tienen acceso directo a ellos, solo a los resultados. Las cuatro aplicaciones anteriores precisan de medidas reales de las instalaciones fotovoltaicas. Para solventar esta necesidad se propone la utilización de una red de monitorización inalámbrica que recoja estas muestras de los sensores. Además, se ha planteado un sensor de batería que permita calcular el nivel de energía y el estado de salud de forma directa.Finalmente se incluyen las conclusiones extraídas a raíz de los resultados y experiencias obtenidos. Además que valorar las prestaciones de los resultados obtenidos, se pone de manifiesto el gran potencial de la línea de investigación iniciada. La combinación de las técnicas utilizadas abre nuevos horizontes en el estudio de todo tipo de sistemas. Por lo que puede considerarse como una reflexión sobre futuros campos de aplicación.El objetivo final de la presente tesis doctoral consiste en desarrollar un sistema integral de simulación, diagnóstico, monitorización y control de instalaciones fotovoltaicas. Este sistema está orientado tanto a diseñadores como a técnicos, proporcionándoles las herramientas necesarias para el desarrollo de sus actividades de investigación, diseño y mantenimiento. Para conseguirlo se ha dividido en un conjunto de objetivos parciales, cada uno de los cuales incide en los aspectos más problemáticos de los sistemas actuales:· Modelar los elementos del sistemao Modelos de dispositivoso Modelos de sistemas· Obtener un método de extracción automática de parámetroso Método de Levenberg-Marquardt· Generar un banco de librerías de simulación con Matlab/Simulinko Librería de dispositivoso Librería de sistemaso Librería de extracción automática de parámetros· Diseñar el hardware de monitorización necesarioo Sensor de bateríao Red inalámbrica de monitorización· Implementar el entorno de diagnóstico y análisis de una instalación fotovoltaicao Aplicación para la identificación de sistemaso Aplicación para el diagnóstico de sistemaso Aplicación para el control de sistemaso Enlace Web para el acceso remoto a las aplicacionesRecapitulando hasta los objetivos planteados en la introducción, en la presente tesis doctoral se pretendía desarrollar un sistema integral de simulación, diagnóstico, monitorización y control de instalaciones fotovoltaicas. A lo largo de los capítulos se han ido planteando estructuradamente las motivaciones, problemas y soluciones a los retos iniciales. A modo de síntesis, a continuación se resumen los principales logros y conclusiones alcanzados. Quizás una de las conclusiones más claras es la potencia y flexibilidad que aporta Matlab/Simulink al entorno de trabajo. La eficacia de los algoritmos de cálculo, la gran cantidad de librerías matemáticas disponibles y la facilidad en su utilización han permitido entrelazar un conjunto de funciones para formar modelos de dispositivos y sistemas junto con algoritmos estadísticos. La posibilidad de enlazar Matlab con un servidor web estándar ha facilitado tanto disponer de una interfaz estándar como habilitar el acceso remoto a las aplicaciones y proporcionar seguridad y confidencialidad. Otro logro importante es la obtención del nuevo modelo de batería orientado hacia sistemas dinámicos. Este modelo se basa en el circuito eléctrico equivalente de la batería, resolviendo los problemas de discontinuidades. Introduce además el concepto de nivel de energía, complementario al de estado de carga tradicional.Junto con el modelo de la batería, se han planteado los modelos de los paneles solares, reguladores de carga, inversores, convertidores continua-continua, controlador para conexión a red eléctrica y resistencias de pérdidas. Los cuales se han organizado en un conjunto de arquitecturas con el fin de caracterizar la mayor parte de sistemas fotovoltaicos tradicionales: sistemas flotantes, autónomos, conectados a red, etc.Una vez obtenidos los modelos, se han Integrado en un banco de librerías de Matlab/Simulink, contrastando su comportamiento sistemáticamente respecto ensayos empíricos realizados en laboratorio de sistemas fotovoltaicos. La precisión conseguida, con errores medios por debajo del 5% en todos los casos, se considera suficiente y adecuada para el entorno de trabajo.La utilización combinada de los modelos de dispositivos y sistemas con el método de extracción automática de parámetros Levenberg-Marquardt ha demostrado ser una eficaz herramienta para el análisis de sistemas, permitiendo caracterizar y diagnosticar instalaciones fotovoltaicas. Se abren, pues nuevas vías en la gestión de sistemas, ya que utilizando el concepto de parametrizar el problema a solventar es posible afrontar con éxito aquellas situaciones en las que se ven involucradas varías variables dependientes entre si.La aplicación de la identificación de sistemas permite adaptar un modelo genérico a la realidad de un dispositivo o sistema específico. Combinada con la monitorización de una instalación fotovoltaica forman la plataforma sobre la que se fundamenta el diagnóstico de sistemas. Se ha demostrado como a partir de las premisas de minimizar el número de variables a sensar y utilizar algoritmos de extracción automática de parámetros es posible determinar estadísticamente la causa más probable de fallo en una instalación. Esta aplicación precisa de un potente ordenador para llevar a cabo los cálculos, si se requiere un sistema en tiempo real, pero permite optimizar el coste de la gestión y aumentar la fiabilidad de una instalación.La política de control propuesta optimiza el rendimiento de la instalación fotovoltaica, ya que reduce el flujo de corriente al estrictamente necesario, aumentando la seguridad y retrasando el envejecimiento de cableados y dispositivos, y maximiza la carga de las baterías, reduciendo la probabilidad de pérdida de carga en el sistema. Es una consecuencia lógica surgida del modelo de batería y se considera fácilmente integrable en equipos comerciales.La importancia de disponer del modelo de batería se justifica de nuevo en el planteamiento del sensor de batería. Este sensor combina la técnica de sensado mediante un divisor de corriente, para minimizar interferencias, con el conocimiento sobre la correlación entre impedancia, tensión, corriente, temperatura, nivel de energía y estado de salud que aporta el nuevo modelo. Disponer de un sensor preciso para determinar el nivel de energía y estado de salud de las baterías aumenta la fiabilidad de las instalaciones y permite optimizar el diseño de nuevas instalaciones fotovoltaicas.

Submitted by MIRKO CONGIU (congiumat@gmail.com) on 2017-03-16T12:25:45Z No. of bitstreams: 1 tesecomficha.pdf: 5511330 bytes, checksum: cb41891dbc5a3ae29f26af90a3d2b91f (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2017-03-22T16:38:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 congiu_m_dr_bauru.pdf: 5511330 bytes, checksum: cb41891dbc5a3ae29f26af90a3d2b91f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T16:38:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 congiu_m_dr_bauru.pdf: 5511330 bytes, checksum: cb41891dbc5a3ae29f26af90a3d2b91f (MD5) Previous issue date: 2017-02-03 / Este projeto consiste na produção e estudo das propriedades de novos materiais para a otimização de células solares sensibilizadas por corante (DSSC) baseadas em filmes de TiO2 nanoestruturado e corantes da família do N3. A pesquisa foi focada no estudo e na otimização de novos contra elétrodos baseados em CuS e CoS nanoestruturados, os quais apresentam grande interesse no setor de pesquisa e desenvolvimento industrial, pelas suas promissoras características eletrocatalíticas e pelos seus baixos custos. Além da obtenção das nanopartículas de CuS e CoS pela técnica hidrotermal assistida por micro-ondas, um grande esforço foi feito a fim de obter tintas precursoras ideais para a deposição dos filmes de CuS e CoS pela técnica de screen-printing, compatível com as modernas linhas de produção industriais. Portanto, foram desenvolvidos e otimizados métodos simples, rápidos e de baixo custo para obter filmes finos dos materiais estudados. Em particular tivemos um grande sucesso utilizando a estratégia do precursor químico dissolvido em solventes. Na primeira aplicação deste método, um precursor químico (Co(II) dietilditiocarbamato) foi utilizado em tintas à base de CH2Cl2. Foram obtidos elétrodos de CoS nanocristalinos e de alta eficiência. Todavia o uso do solvente orgânico clorado não é muito apropriado para grandes superfícies. Portanto, desenvolvemos um método baseado num precursor químico do CoS hidrossolúvel e de baixa toxidade. Com este método aprimorado foram obtidos bons resultados em termos de estabilidade e eficiência. Os contra elétrodos desenvolvidos com nossos métodos foram testados com pares redox alternativos tais como Co2+/Co3+ e ferroceno. Tal aplicação resultou muito promissora e inédita na literatura. Os elétrodos foram caracterizados através ciclovoltammetria e impedância eletroquímica e testados em condição de estresse físico e eletroquímico. Também foi considerada a aplicação de outros materiais, menos tóxicos tais como o oxido de ferro, obtido por precursor químico e por eletrodeposição. Além dos materiais descritos acima, neste doutorado, foi desenvolvida também um equipamento automático para realizar contemporaneamente eletrodeposição, dipcoating e SILAR (Sucessive Ionic Layers Adsorption and Reaction). O equipamento foi inventado e construído no nosso laboratório (LNMD) na UNESP. A nossa tecnologia foi depositada no INPI sob o número de deposito BR1020150274912. / This project consists of the production and study of new materials for the optimization of dye-sensitized solar cells (DSSC) based on nanostructured TiO2. The research was focused on the design and optimization of new counter electrodes based on CuS and CoS nanoparticles, which are very interesting in the research and development of DSSC, due to their promising electrochemical characteristics and for their lower costs. Along with the hydrothermal technique assisted by microwave, a great effort was made to obtain optimum precursor inks for deposition of CuS and CoS films by screen-printing technique, compatible with modern industrial production lines. Hereby facile, inexpensive and rapid methods for thin films have been developed and optimized for the deposition of CuS and CoS layers. In particular, we developed a chemical precursor process using solvent-based inks. In the first application of this approach, a chemical precursor CoS (Co (II) diethyldithiocarbamate) was used in CH2Cl2. Nanocrystalline CoS electrodes and high efficiency have been obtained, however the use of chlorinated organic solvent is not very suitable for large surfaces. Therefore, we developed a method based on a water-soluble (WS) chemical precursor. Good results have been obtained, in terms of stability and efficiency, with the WS precursor. The counter electrode developed with our methods were tested with alternative redox pairs such as Co2+/Co3+ and ferrocene. Such an application of CuS and CoS electrodes resulted very promising and not described so far in the literature. The electrodes were characterized by cyclic voltammetry, electrochemical impedance; and tested in physical and electrochemical stress conditions. The use of other materials, less toxic such as iron oxide, obtained by electrodeposition and chemical precursor has been considered. In addition to the study of new materials, in this PhD thesis, an automatic equipment to perform simultaneously electroplating, dip coating and SILAR (Sucessive Layers Ionic Adsorption and Reaction) has been developed. The equipment was invented and built in our laboratory (LNMD) at UNESP. Our technology has been deposited with the INPI patent: BR1020150274912.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Estágio realizado na SOLution e orientado pelo Eng.º João Oliveira / Tese de mestrado integrado. Engenharia Industrial e Gestão. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009