Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-09-21T17:33:46Z No. of bitstreams: 1 viniciussobreiralacerda.pdf: 3531215 bytes, checksum: 422eca8f67f53625eceb5e46317386f9 (MD5) / Approved for entry into archive by Diamantino Mayra (mayra.diamantino@ufjf.edu.br) on 2016-09-26T20:27:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 viniciussobreiralacerda.pdf: 3531215 bytes, checksum: 422eca8f67f53625eceb5e46317386f9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T20:27:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 viniciussobreiralacerda.pdf: 3531215 bytes, checksum: 422eca8f67f53625eceb5e46317386f9 (MD5) Previous issue date: 2010-08-30 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Este trabalho aborda a análise, a modelagem matemática, o projeto e a simulação computacional de um sistema monofásico de aproveitamento fotovoltaico (PV) nãoisolado conectado à rede elétrica, em que se pretende sintetizar uma corrente de baixa distorção harmônica mantendo-se o ponto de máxima potência dos painéis. São avaliadas duas estruturas conversoras equivalentes, uma com dois estágios de processamento de energia e outra com apenas um estágio. Ambas as estruturas desempenham o papel de converter a energia CC dos painéis fotovoltaicos em energia CA, sob a forma de corrente elétrica de baixa distorção injetada na rede. Uma revisão sucinta dos modelos matemáticos de representação do comportamento termo-fotoelétrico do painel fotovoltaico (ou conjunto de painéis) é realizada, resultando na adaptação de uma das alternativas na forma de modelo numérico adaptado à ferramenta computacional PSIM. Algumas alternativas monofásicas de conversão CC-CA são elencadas neste trabalho, com destaque para o número de estágios de conversores, característica de isolamento e qualidade da energia injetada. Como base nesta análise, propõe-se um sistema composto por um conversor CCCC tipo buck operando em modo de condução contínua em alta frequência, em cascata com um inversor fonte de corrente (CSI) acionado na frequência da rede, para realização do aproveitamento fotovoltaico desejado. Amparado por ferramentas de integração de estágios de conversores, percebe-se que o conjunto de dois estágios pode ser arranjado em uma única etapa conversora baseada no inversor fonte de tensão (VSI). Ambas as propostas são modeladas, projetadas e simuladas no PSIM. A descrição teórico-matemática da planta PV, incluindo suas malhas de controle, é realizada. Com propósito de validação das concepções teóricas, tais sistemas são simulados, inicialmente, empregando-se elementos idealizadores e, em segundo momento, adotando-se um arranjo que inclui alguns componentes parasitas, sensores em escala real e o subcircuito do integrado UC3854. Os resultados numéricos, realizados para variações da irradiação solar e perturbações na tensão da rede, confirmam que o conceito proposto é factível, resultando em uma alternativa simples, compacta e possivelmente de baixo custo. / This work deals with the analysis, mathematical modeling, design and computer simulation of a single phase non-isolated photovoltaic (PV) system, which is connected to the electrical grid and is controlled to synthesize a low harmonic current while keeps the maximum power point of the panels. Two structures are evaluated, one with two stages of processing power and another with a single stage. Both structures converts DC power from solar panels into AC power, in the form of a low distortion electrical current to be injected into the grid. A brief review of PV panel mathematical models is performed, resulting in the adaptation of one alternative in the form of a numerical model oriented to the computational tool PSIM. Moreover, some alternatives to single-phase DC-AC conversion are listed in this work, highlighting the number of stages of inverters, isolation characteristic and quality of the power injected. To support this analysis, a two-stage system has been firstly studied, which is constituted of a buck converter operating in continuous conduction mode at high frequency, cascaded with a current source inverter (CSI) which works in the frequency of the grid. Using the integration of stages theory, the two stage system can be arranged into a single stage converter based on a voltage source inverter (VSI). Both proposals are modeled, designed and simulated in PSIM program. The theoretical and mathematical description of the PV plant, including its control loops, is presented. With the purpose of validation of the theoretical concepts, such systems are simulated, initially, using idealized elements, and then, adopting an arrangement that includes some parasitic components, sensors and full-scale integrated subcircuit of UC3854. The numerical results carried out for changes in solar radiation and mains voltage sags/swells, confirm that the proposed concept is feasible, resulting in a simple, compact and potentially low cost.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a new energy conditioning system for application in stand-alone photovoltaic systems with battery bank. Firstly, the characteristics of solar photovoltaic energy, the modeling of a photovoltaic cell and the equivalent electrical circuit are presented. In a second moment, the photovoltaic generation systems and a review of the static converters applied to stand-alone photovoltaic systems with battery bank are presented. From this study it is proposed a new photovoltaic generation system, with distributed energy processing based on series-connected DC-DC converters. The proposed system presents better utilization of the energy generated by the panels through the employment of more than one array of photovoltaic panels and a static power converter for each subsystem. Thereby, the losses through shading are reduced, and also the reliability of the system is increased, once even if one of the subsystems fails, the system will keep on generating electricity to the loads of higher priority. Posteriorly, the analyses of the operation of the system and simulation results are presented. Finally, it is presented experimental results, comparing the efficiency of the utilization of the energy generated by the input stage of the proposed system and by a system traditionally employed in stand-alone photovoltaic systems, showing an energy gain of 16% with the utilization of the proposed system for situations in which at least one panel is shaded. / Esta dissertação de mestrado apresenta um novo sistema de condicionamento de energia para aplicação em sistemas fotovoltaicos autônomos com banco de baterias. Inicialmente são apresentadas as características da energia solar fotovoltaica, a modelagem de uma célula fotovoltaica e um circuito elétrico equivalente. Em um segundo momento são apresentados os sistemas de geração fotovoltaica e uma revisão dos conversores estáticos aplicados a sistemas fotovoltaicos autônomos com banco de baterias. A partir deste estudo é proposto um novo sistema de geração fotovoltaica, com processamento distribuído de energia baseada em conversores CC-CC conectados em série. O sistema proposto apresenta um melhor aproveitamento da energia gerada pelos painéis através da utilização de mais de um arranjo de painéis fotovoltaicos e o emprego de um conversor estático de potência para cada subsistema. Assim, as perdas por sombreamento são reduzidas bem como é aumentada a confiabilidade do sistema, pois mesmo com a falha de um dos subsistemas o sistema continuará garantindo energia elétrica para as cargas de maior interesse. Posteriormente, são apresentadas as análises do funcionamento do sistema e resultados de simulação. Por fim, resultados experimentais são apresentados, comparando a eficiência no aproveitamento da energia gerada pelo estágio de entrada do sistema proposto e de um sistema tradicionalmente empregado em sistemas fotovoltaicos autônomos, demonstrando um ganho de energia de 16% com a utilização do sistema proposto para situações em que pelo menos um painel está sombreado.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The continuous economic development of many countries and the emerging environmental issues (gas emissions and the greenhouse effect) observed in the last decades forced an intense research in renewable energy sources. Hydro, photovoltaic (PV) and wind energy conversion are the most explored technologies due to their considerable advantages, such as reliability, low environmental impact and capability to support microgrid systems or to connect to the electric grid. Among these energy sources the PV is pointed out as one of the most modular and environmentally friendly technologies. Furthermore, this technology enabled, by means of stand-alone or off-grid systems, the access of electricity in many communities distant form the grid, and even in difficult access remote applications. However, the PV panel still represents low efficiency and high cost, making imperative the use of efficient and reliable energy processing stages. Therefore, this work proposes a stand-alone photovoltaic system with decentralized configuration, aiming a high energy yield. For the output stage, a multilevel inverter was chosen, aggregating the intrinsic advantages that these converters present. The analysis of each energy processing stage is presented, as well as the modeling and control of the employed converters. Due to the requirement of a backup system (in stand-alone systems), a decentralized configuration of the battery bank is proposed. Moreover, aiming to optimize the backup system lifetime and reduce the maintenance costs, a controlled charge/discharge process on the batteries is implemented. Simulation and experimental results are presented, verifying the functionality of the proposed structure. / O contínuo desenvolvimento econômico de diversos países e as emergentes questões ambientais (emissão de gases e efeito estufa), observados nas últimas décadas, forçaram uma intensa pesquisa em fontes renováveis de energia. Hidro, fotovoltaica (PV Photovoltaic) e eólica são as tecnologias mais exploradas devido as suas vantagens consideráveis, como confiabilidade, reduzidos impactos ambientais e capacidade de suprir pequenas redes ou conexão com a rede elétrica de distribuição. Entre estas fontes de energia, a fotovoltaica destaca-se por ser uma das tecnologias mais modulares, apresentando os menores índices de impactos ambientais. Ainda, esta tecnologia possibilitou, através dos sistemas autônomos (off-grid), o acesso de energia elétrica a diversas comunidades distantes da rede de distribuição, e também em aplicações remotas de difícil acesso. Entretanto, o painel PV ainda apresenta reduzido rendimento e elevado custo, tornando indispensável o uso de estágios de processamento de energia eficientes e confiáveis. Nesse sentido, este trabalho propõe um sistema fotovoltaico autônomo que utiliza uma configuração descentralizada, visando um melhor aproveitamento de energia gerada. Para o estágio de saída, optou-se pela utilização de um inversor multinível, agregando as vantagens intrínsecas que este tipo de conversor apresenta. São apresentadas as análises de cada estágio de processamento de energia, bem como a modelagem e controle de cada conversor empregado. É proposta uma configuração descentralizada para o banco de baterias, visto que se faz necessário um sistema de armazenamento para sistemas autônomos. Ainda, o controle empregado para o sistema de armazenamento de energia implementa um processo de carga/descarga controlado no banco de baterias, visando o aumento da vida útil destas e a redução dos custos por manutenção. São apresentados resultados de simulação e experimentais, comprovando a funcionalidade da estrutura.

The purpose of this study is to develop and education kit of solar energy generation from insolation, temperature and variable charges data for the teaching-learning in photovoltaic, electronics and instrumentation solar energy. The application of this tool will allow exploring the full potential of the student and the improvement of the theoretical contents through hands-on activities in and outside the classroom. The teaching kit provides the learner direct contact with physical and instrumental reality, and successively awakening creativity and solutions to everyday problems in many different areas, through interdisciplinary and altogether learning. / O trabalho propõe desenvolver um kit didático de geração de energia solar a partir de dados de insolação, temperatura e cargas variáveis para o ensino-aprendizagem em energia solar fotovoltaica, eletrônica e instrumentação. A aplicação desta ferramenta auxiliar possibilitará explorar o máximo potencial do estudante e o aprimoramento dos conteúdos teóricos através de atividades práticas em sala de aula e ambientes externos. O Kit didático oferece ao estudante o contato direto com a realidade física, instrumental e, sucessivamente, despertando a criatividade e soluções de situações-problemas do cotidiano em diversas áreas, através de trabalhos cooperativos e interdisciplinares.

O desafio para amenizar a degradação do meio ambiente, principalmente referente às mudanças climáticas, tem levado a um aumento no interesse em mecanismos que incentivem o desenvolvimento e a adoção de tecnologias verdes. Uma dessas tecnologias refere-se à exploração de energia por meio da radiação solar. Por meio de patentes sobre energia fotovoltaica (PV) classificadas no IPC Green Inventory e depositadas entre 1998, esta pesquisa tem como objetivo compreender se as organizações proprietárias das tecnologias PV emergentes as desenvolvem por meio de cooperação tecnológica. A identificação das tecnologias emergentes ocorre por meio da análise de rotas tecnológicas bem como na observação da cooperação tecnológica entre titulares de patentes PV obtidas utilizando a metodologia de análise de redes sociais. Assim, foi possível descrever o perfil dos titulares das patentes PV, identificar as rotas e as tecnologias mais emergentes e promissoras e ainda mapear/caracterizar as redes de cooperação formada pelos titulares dessas patentes. Os resultados permitiram constatar que as organizações detentoras das principais patentes PV priorizam os seus desenvolvimentos exclusivamente nas suas áreas internas de P&D, abrindo mão de vantagens amplamente discutidas na literatura sobre a cooperação tecnológica. Também se concluiu que a indústria PV é predominante fechada, com relações de cooperação prioritárias entre organizações de mesma nacionalidade, organizações japonesas e americanas são as maiores influenciadoras nessas redes de cooperação e a base tecnológica para as tecnologias PV mais emergentes estão concentrados nos escritórios em patentes dos Estados Unidos e Japão. Além disso, a China tem evoluído exponencialmente na produção de patentes PV, mas ainda não se destaca como principal influenciador no desenvolvimento de inovações PV e as rotas tecnológicas também denotam um perfil de desenvolvimento não-colaborativo, com foco em criação interna ou aquisição de pesquisadores independentes. Os resultados também permitiram constatar o papel insignificante do Brasil no desenvolvimento de tecnologias PV. Apesar da crescente evolução nos últimos anos, os esforços têm sido tímidos e focados no fomento à geração de energia PV e não no desenvolvimento deste tipo de tecnologia. Apesar deste contexto, um conjunto de recomendações é dado para alavancar o potencial de desenvolvimento de tecnologias PV pelo Brasil com base em lições de países como China, Estados Unidos e Japão. Estes resultados também podem auxiliar pesquisadores, empresas e/ou universidades na identificação de tecnologias emergentes para a indústria PV. Além disso, pode apoiar nas decisões estratégicas sobre P&D, na priorização de investimentos, na identificação de potenciais parcerias (ou concorrentes) para desenvolvimento tecnológico e colaborar na definição de políticas públicas pautadas no fomento ao desenvolvimento e uso de energia PV / The challenge of mitigating the environment degradation, especially issues related to climate change, has led to an increase in interest in mechanisms that encourage development and adoption of green technologies. So, fostering innovation and development of green technologies becomes necessary for environmental and business sustainability. One of them, based on renewable and non-polluting resources, refers to the exploitation of energy through solar radiation called photovoltaic (PV). Through PV energy patents classified in the IPC Green Inventory and applied from 1998 to 2017 in the world\'s leading patent offices, this research aims to understand if assignees of emerging PV technologies develop them through technological cooperation. The identification of emerging technologies occurs using analysis of technological routes as well as the observation of technological cooperation between PV assignees is designed by analysis of social networks. Thus, it was possible to describe the profile of PV patents assignees, identify the technological routes and most promising and emerging PV technologies, and characterize technological cooperation between PV assignees. The findings pointed out that the organizations that own main PV patents prioritize their development exclusively in their internal R&D areas, leaving aside the widely discussed advantages of technological cooperation. It was also concluded that PV industry is predominantly closed in a collaborative point of view, prioritize relations between organizations of the same nationality, Japanese and American organizations are the major influencers in the cooperation networks of PV assignees and technological base of the most emerging technologies are concentrated in patent offices in the USA and Japan. In addition, China has evolved exponentially in PV patents production but still does not stand out as the main influencer in the development of PV innovations and the technological routes also denote a profile of non-collaborative development, with focus on internal creation or acquisition of independent researchers. The results also allowed us to verify the insignificant role of Brazil in the development of PV technologies. Despite the growing trend in recent years, efforts have been timid and focused on fostering PV power generation and not on the development of this type of technology. Despite this context, a set of recommendations is given to leverage the potential for development of PV technologies by Brazil based on lessons from countries such as China, the United States and Japan. These results may assist researchers, companies and universities to identify emerging technologies in the PV industry. In addition, it can support strategic decisions on R&D, prioritize investments, identify potential partnerships (or competitors) for technological development and collaborate in the definition of public policies based on development and use of PV solar energy

A atratividade econômica da micro e minigeração está intrinsecamente relacionada às tarifas de energia elétrica convencional, já que o benefício, do ponto de vista financeiro, para o micro/minigerador é o custo evitado para a compra de energia elétrica convencional. Desta forma, realizou-se a avaliação econômico-financeira de sistemas fotovoltaicos de geração distribuída sob a ótica do consumidor residencial. A análise foi realizada para as 27 capitais brasileiras e incluiu estimativas relacionadas às seguintes figuras de mérito: Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR) e Payback (tempo de retorno sobre o investimento). Foi realizada uma análise de sensibilidade e uma projeção dos resultados para o ano de 2020, utilizando Simulação de Monte Carlo. Para o ano de 2015, a expectativa é que na maioria das capitais brasileiras já existam condições favoráveis para a micro/minigeração com sistemas fotovoltaicos, dados os reajustes tarifários de energia elétrica aprovados em 2014. Observou-se que, dependendo da diferença entre as tarifas com e sem impostos, o percentual de autoconsumo pode exercer grande influência sobre a atratividade financeira na microgeração. Em 2020, espera-se que a probabilidade de viabilidade da microgeração fotovoltaica, ultrapasse os 90%, enquanto que, em 2015, a probabilidade de viabilidade para as 27 capitais brasileiras está próxima de 62%. / The economic attractiveness of micro and minigeneration is intrinsically related to conventional electricity price, as the benefit from the financial side, to the micro/minigerador is the avoided cost with the energy purchase. In this way, an economic assessment of photovoltaic distributed generation was performed (from the perspective of the residential consumer). The analysis was made for the 27 brazilian capitals and the following results are presented: Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR) and Payback (return time on investment). A sensitivity analysis was made, besides a probabilistic approach for the year 2020, using Monte Carlo Simulation. For 2015, the expectation is that in most brazilian capitals already exist favorable conditions for photovoltaic micro/minigenerators, mainly because the electricity tariffs readjustments approved in 2014. It was also observed that, depending on the difference between the prices with and without taxes, self-consumption percentage could greatly influence the financial attractiveness of microgeneration. By 2020, it is expected that the probability of viability for photovoltaic microgeneration, could be over than 90% in the brazilian capitals, while in 2015, the probability of viability for the 27 capital cities is near 62%.

No presente trabalho, o desempenho energético e ambiental de potencias rotas de produção de hidrogênio gaseificação da biomassa via leito fixo (LFX) e leito fluidizado (LFL) e de energia solar fotovoltaica foram estudados com base na metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Após a revisão da literatura e a descrição dos procedimentos de análise, os resultados da ACV são apresentados e discutidos em termos de Demanda Acumulada de Energia (CED), Tempo de Retorno de Investimento em Energia (EPBT) e danos relacionados à Saúde Humana (SH), Qualidade do Ecossistema (QE) e Recursos Minerais e Combustíveis Fósseis (RMCF). No cômputo geral, o LFL é mais favorável para a produção de hidrogênio, embora os dois sistemas de gaseificação apresentem desempenho energético e ambiental similares. Comparativamente, o sistema fotovoltaico apresenta um EPBT maior (4,55 anos) do que os encontrados nos dois sistemas de conversão da biomassa (1,65 anos no LFL e 1,77 anos no LFX). Por outro lado, o sistema de energia solar fotovoltaico é o mais ambientalmente recomendável para a produção de hidrogênio, tendo em vista a menor contribuição em relação aos danos majoritários (saúde humana). Dentro do escopo do estudo, os sistemas avaliados apresentam mais características de complementaridade do que competição. Neste caso, enfatiza-se a importância de uma análise dos fatores econômicos e sociais pertinentes a cada país ou região, bem como dos processos posteriores de reforma e/ou purificação e eletrólise da água, considerando também o seu inteiro ciclo de vida. / In the present study, the energy and environmental performance of hydrogen potential routes biomass gasification systems by fixed bed and fluidized bed and the solar photovoltaic power plant were studied based on Life Cycle Assessment (LCA) methodology. After reviewing the literature and analytical procedures description, the results of life cycle assessment are discussed in terms of Cumulative Energy Demand (CED), Energy Payback Time (EPBT) and damages related to Human Health (SH), Ecosystem Quality (QE) and Mineral and Fossil Fuels Resources (RMCF). Although the two gasification systems have similar energy and environmental performance, the LFL is more favorable for hydrogen production. Regarding the photovoltaic system, this has a greater EPBT (4.55 years) than those found in the two systems of biomass conversion (1.65 and 1.77 years in the LFL and LFX, respectively). On the other hand, the solar photovoltaic system is the more environmentally suitable for hydrogen production, since its contribution related to human health impact is smaller than gasification systems. Within the scope of the study, the evaluated systems have more features of complementarities than competition. In this case, we emphasize the importance of analyzing the economic and social factors that are relevant in each country or region, as well as the subsequent process for hydrogen production (purification and water electrolysis) also considering the entire life cycle of systems.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-10-04T14:45:25Z No. of bitstreams: 1 Henrique Cabral_.pdf: 2460477 bytes, checksum: 960b042f52e472bfc7684d2755ed6438 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-04T14:45:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Henrique Cabral_.pdf: 2460477 bytes, checksum: 960b042f52e472bfc7684d2755ed6438 (MD5) Previous issue date: 2018-06-29 / Nenhuma / O sistema de compensação de energia recentemente recebeu incentivos fiscais no âmbito federal (PIS/Pasep e COFINS) e estadual (ICMS), destinados ao estímulo às energias sustentáveis. Diante desse contexto, o trabalho lança uma reflexão sobre a efetividade da intervenção estatal por meio da concessão destes incentivos fiscais como estratégia de promoção da adesão ao sistema próprio de geração de energia renovável, em especial a fotovoltáica, de forma a contribuir para a mitigação da degradação ambiental. Para tanto, adotou-se como método de abordagem o hipotético-dedutivo, e como métodos de procedimento o estruturalista e estatístico. Além disso, empregou-se as técnicas de pesquisa bibliográfica, de análise documental e de análise de dados. A dissertação foi dividida em quatro capítulos. O primeiro deles se ateve a analisar as características e condições gerais da implementação do Sistema de Compensação de Energia, além de identificar a maneira como ocorre a tributação sobre ele incidente nos Estados do Rio Grande do Sul, São Paulo e Rio de Janeiro. O segundo capítulo fez uma abordagem sobre a relação existente entre economia e a proteção ambiental, abarcando uma diferenciação entre teorias que procuram aproximar essas duas áreas e finalizando com uma análise sobre o Direito Econômico como instrumento de intervenção estatal direcionado à proteção do meio ambiente. O terceiro capítulo centrou-se no tema da intervenção estatal por meio da função extrafiscal dos tributos, trazendo uma reflexão sobre a sua efetividade e sobre os elementos que influenciam o consumidor no momento em que decide adotar o sistema de compensação de energia. Por fim, o último capítulo analisou dados sobre as estatísticas de consumo e os custos relacionados à energia fotovoltaica, disponibilizados pela ANEEL e pela IRENA, diante do que foi possível verificar que os incentivos fiscais concedidos potencializaram em grande escala o aumento do consumo do sistema de compensação de energia solar fotovoltaica. / The energy compensation system has recently received tax incentives at the federal (PIS / Pasep and COFINS) and state (ICMS) scope, aimed at stimulating sustainable energy. Given this context, the paper launches a reflection on the effectiveness of state intervention through the concession of these fiscal incentives as a strategy to promote adherence to the renewable energy generation own system, especially photovoltaic, in order to contribute to the mitigation of environmental degradation. For that, one was adopted as method of procedure the hypothetico-deductive and as methods of procedure the structuralist and statistical. In addition, one employed the techniques of bibliographic research, document analysis and data analysis. The dissertation was divided into four chapters. The first of them, one limited to analyzed the general characteristics and conditions of the implementation of the Energy Compensation System, in addition to identifying the way taxation occurs in the States of Rio Grande do Sul, São Paulo and Rio de Janeiro. The second made an approach about relationship existent between economics and environmental protection, encompassing a differentiation between theories that search for approximate these two areas and finalizing with an analysis on Economic Law as an instrument of state intervention directed to the protection of the environment. The third chapter, one focused on the subject of state intervention through the extra-fiscal function of taxes, bringing a reflection about their effectiveness and on the elements that influence the consumer at the moment in which decides to adopt the system of energy compensation. Lastly, the last chapter analyzed data on consumption statistics and costs related to photovoltaic energy, made available by ANEEL and IRENA, in light of which it was possible to verify that the fiscal incentives granted potentialized the compensation of photovoltaic solar energy.

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-05-28T18:41:13Z No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique Rôssa.pdf: 936314 bytes, checksum: df5b76514570a833590e8b2cb9176ba5 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-28T18:41:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique Rôssa.pdf: 936314 bytes, checksum: df5b76514570a833590e8b2cb9176ba5 (MD5) Previous issue date: 2014-01-31 / FAPERGS - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul / O presente trabalho tem por objetivo estimar a produção de energia elétrica em sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica (SFCR) a partir da modelagem da radiação solar disponível, tendo como local de análise e estudo a região de Porto Alegre - RS. Dois modelos de céu claro, o Modelo de Hottel e Modelo de ESRA, além do Ano Meteorológico Típico (AMT) para Porto Alegre, foram utilizados no estudo. O Modelo de Hottel foi usado como modelo independente para a verificação da influência entre utilizar a temperatura do ar para dias ensolarados ou a temperatura do ano meteorológico típico (AMT) para todas as simulações. Os dados de irradiância na horizontal foram obtidos a partir do modelo de céu claro de ESRA e do AMT. Para a obtenção da irradiância em superfícies inclinadas, utilizou-se o Modelo de Perez. Os resultados obtidos de produção anual de energia elétrica a partir do AMT e da irradiância horizontal calculada pelo Modelo de ESRA foram comparados e verificou-se grande diferença, chegando o Modelo de ESRA a superestimar a energia produzida em até 27,5%. Essa diferença, como esperado, cai quando se compara somente a energia gerada nos dias completamente ensolarados, chegando a 6,5 % a mais para o Modelo de ESRA, o que sugere que o modelo pode ser empregado com certa confiabilidade em locais com potencial para construção de usinas solares. Para as simulações com o Modelo de ESRA, foi necessário estimar, através do método de Karayel et al. (1984), os coeficientes de turbidez de Linke TL?s para Porto Alegre ? RS. Foram utilizados valores médios mensais nas simulações. Sendo o Modelo de ESRA pouco eficaz na substituição do AMT nas estimativas de produção de energia para Porto Alegre, utilizou-se o AMT para as simulações de produção de energia em SFCR com as tecnologias implementadas. Foram utilizados os módulos BP 585 Sunpower, para células de silício monocristalino, e módulos AP-BP 85 Alps Technology, para células de silício multicristalino. As simulações comparam a produção de energia para as inclinações de 20° e 30°, e verificam que o ângulo de 20° é o mais favorável à produção de energia na região. Além disso, entre esses dois módulos utilizados, o de silício monocristalino apresentou maiores valores de energia produzida em ambas as inclinações. / The present work aims to estimate the production of electric energy in grid-connected photovoltaic systems parting from the available radiation, having as analysis and study site the region of Porto Alegre – RS. Two clear sky model, Hottel Model, ESRA Model, beyond the Typical Meteorological Year (TMY) to Porto Alegre, RS, was used at the work. Hottel Model was used as an independent model for verification of the influence between using the air temperature of sunny days or of Typical Meteorological Year (TMY) for all the simulations. The horizontal irradiance data were obtained from the ESRA clear sky model and the TMY. To obtained the irradiance on sloped surface, we used the Perez Model. The comparisons on a typical sunny day in the TMY showed good coincidence in the obtained values. When comparing the energy production for the whole year, big difference was verified among the results obtained by ESRA Model in relation to the ones obtained by TMY, having the ESRA Model arrived to the extent of overestimating the energy produced in up to 27,5%. This difference, as expected, decays when only the energy generated on completely sunny days is compared, reaching up to 6,5 % more to ESRA Model, which suggests that the model may be employed with certain reliability in places with potential for construction of solar power plants. For the simulations with ESRA Model, it was necessary to estimate Linke TL’s turbidity coefficients for Porto Alegre-RS through the Karayel et al.(1984) method. Average monthly values were used in the simulations. Being ESRA Model, in the current configuration, little effective in the substitution of TMY in Porto Alegre, TMY for simulations of energy production in GCPV was used with the implemented technologies. Modules BP 585 Sunpower were used for monocrystalline silicon cells, and modules AP-BP 85 Alps Technology for polycrystalline silicon cells. The simulations compare the energy production for 20° and 30° inclinations, and verify that the 20° angle is the most favorable to energy production in the region. Furthermore, between these two modules employed, the monocrystalline silicon one presented higher values of produced energy in both inclinations.

A matriz energética mundial é composta por várias fontes primárias, dentre as quais os combustíveis fósseis, como o petróleo, prevalecem sobre as demais. No entanto, devido ao crescimento populacional e ao desenvolvimento tecnológico e industrial, haverá um conseqüente aumento na demanda de energia e devido à preocupação ambiental, será necessária a busca por outras fontes energéticas. Dentre essas, destaca-se a energia solar fotovoltaica, por possibilitar a geração de forma limpa e descentralizada. O Brasil tem a vantagem de estar localizado na zona inter-tropical, registrando altos índices de irradiação solar durante todo o ano, em comparação com outros países do mundo que já fazem uso desta tecnologia. Neste trabalho, foi estudada a inserção de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica pública e integrados em edificações residenciais urbanas. Para tanto, foram dimensionados sistemas para três residências situadas em diferentes regiões brasileiras, e que possuem as mesmas características construtivas e o mesmo consumo médio mensal de energia elétrica. Uma das premissas consideradas foi a autossuficiência energética das edificações apenas utilizando o recurso solar como fonte de geração. As cidades escolhidas para a análise foram Porto União/SC, São Carlos/SP e Petrolina/PE por possuírem diferenças significativas nos níveis de irradiação solar, representando desta forma os extremos encontrados no território brasileiro. A partir do dimensionamento foram estimadas a geração de energia elétrica anual para cada localidade e as curvas de geração foram confrontadas com as curvas de demanda diária média das regiões Sul, Sudeste e Nordeste, representando respectivamente, as três cidades escolhidas. Foram estimados os custos de instalação dos três sistemas, sendo feita ainda uma análise econômica simplificada para a verificação do impacto gerado pela inserção da tecnologia solar fotovoltaica como fonte alternativa na geração de energia elétrica em edificações residenciais urbanas. Para a avaliação econômica foi considerada a adoção do Sistema de Compensação Energética e um Período de Retorno Simples, que é a relação obtida entre o investimento feito inicialmente para a instalação de um sistema fotovoltaico e a economia anual proporcionada por essa instalação. Considerando um período de vida útil de um sistema fotovoltaico como sendo estimado em 25 anos, os resultados demonstraram que todos os sistemas seriam pagos antes desse período. A partir dos dimensionamentos, foi possível concluir ainda que a área requerida para a instalação de sistemas fotovoltaicos em residências é muito pequena e possui elevado potencial de aproveitamento, viabilizando desse modo a sua inserção no ambiente urbano. / The world\'s energy matrix is made up of several primary sources among which fossil fuels, mainly oil, prevail. Nevertheless, given population growth coupled with technological and industrial development, there will consequently be an increase in energy demands and, due to environmental concerns, looking for other energy sources is necessary. Among those, photovoltaic solar energy stands out for providing clean, decentralized energy generation. Brazil has the advantage of being located within the intertropical zone, registering higher levels of solar irradiation throughout the year compared to other countries that already use such technology. In this thesis, we studied the insertion of photovoltaic systems into the public grid and integrated to urban residential buildings. For such, we sized systems for three home environments situated in different Brazilian regions with similar building characteristics and same average monthly consumption. One of the premises considered was the buildings energy self-sufficiency based on solar resources alone. The cities chosen for the experiment were Porto União/SC, São Carlos/SP and Petrolina/PE given their significantly different exposure to solar irradiation, thus representing the extremes found in the Brazilian territory. From the initial sizing up the annual electricity demand for each location was estimated and generation curves were confronted with the daily demand curves from the South, Southeast and Northeast regions representing, respectively, the three chosen cities. Implementation costs were estimated for the three systems along with a simplified economic analysis in order to verify the impact caused by the insertion of photovoltaic solar energy as an alternative source of power generation in urban residential buildings. For the economic evaluation was considered the use of the Compensation System Energy and a Simple Payback Period, which is the ratio between the initial investment for the installation of a photovoltaic system and the annual savings provided by this facility. Considering a life cycle of a photovoltaic system as estimated at 25 years, the results showed that all systems would be paid before that period. From the sizing was still possible to conclude that the area required for the installation of photovoltaic systems in residences is very small and has a high potential for use, thereby enabling their integration into the urban environment