CAMPOS, L. F. Identificação e comparação das taxas de acerto e erro de transições de radiação por meio de dados medidos por um sensor de luminosidade arduino e um pireliômetro. 2017. 41 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-07-27T10:44:39Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_lfcampos.pdf: 1065068 bytes, checksum: af43eeba0e9655e6cd43f8cf521dc8d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-08-03T17:10:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_lfcampos.pdf: 1065068 bytes, checksum: af43eeba0e9655e6cd43f8cf521dc8d7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-03T17:10:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_lfcampos.pdf: 1065068 bytes, checksum: af43eeba0e9655e6cd43f8cf521dc8d7 (MD5) Previous issue date: 2017-06-20 / Energy is a very important natural resource for all living creatures. The research of this work is related to solar energy. In order to achieve a proper way to take advantage of this solar resource, it is necessary to analyze the places and times where solar radiation is highest. Within this context, clouds play an important role in the use of the solar energy resource, as they are responsible for covering the sun, thus reducing the direct solar radiation available at certain periods of the day. In this work a prototype developed in the LESGN of the UFC was applied. This device is called Solar Irradiation Time Meter (SITM), and uses an Arduino Micro controller board. The measurement is done by means of six LDR's (Light Dependent Resistor), generating data with the values of its resistances according to the luminosity emitted by the sunlight. Direct radiation data obtained with a pyrheliometer were also used. This work aims to evaluate these data obtained by these two devices and search through them to identify the presence of a cloud covering the sky. The arrangement of the generated data is done by a classifier that determines if at any given moment the data belongs to the class cloud or not cloud. The data is based on moving averages and the increments of them. From the classification results obtained by the data in the two sensors, the process of obtaining the confusion matrix of the same was done to make a correct comparison of the fidelity and error rates of the classification algorithm and to calculate the Kappa coefficient, which estimates the classification performance levels. / A energia é um recurso natural de suma importância para todos os seres vivos. A pesquisa deste trabalho está relacionada com a energia solar. No intuito de se conseguir uma boa forma de aproveitamento deste recurso é necessária uma análise dos locais e horários onde é maior a radiação solar. Dentro deste contexto, as nuvens desempenham um papel de importância na utilização do recurso energético solar, pois elas são responsáveis por cobrir o sol, diminuindo assim a radiação solar direta disponível em alguns momentos do dia. Neste trabalho utilizou-se um protótipo desenvolvido no LESGN da UFC. Este dispositivo é denominado Medidor de Tempo de Irradiação Solar (MTIS) , e utiliza uma placa Micro controladora Arduino. A medição se dá por meio de seis LDR´s (Light Dependent Resistor). Utilizaram-se também valores de radiação direta obtidos com um pireliômetro. Este trabalho tem por objetivo avaliar estes dados obtidos por estes dois dispositivos e buscar através deles a identificação da presença de uma nuvem cobrindo o céu. É feita à classificação dos dados gerados por meio de um classificador que determina se num instante o dado pertence à classe nuvem ou não nuvem. Ele é baseado em médias móveis e incrementos das mesmas. Foi feito, a partir dos resultados de classificação obtidos pelos dados nos dois sensores, o processo de obtenção da matriz de confusão dos mesmos para realizar a devida comparação das taxas de acertos e erros do algoritmo de classificação e calcular o coeficiente Kappa, que é um estimador dos níveis de desempenho da classificação.

LIMA, F. M. Deposição de dióxido de estanho-flúor (SnO2:F) em substrato transparente para uso em células fotoeletroquímicas. 2013. 74 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2013-06-18T16:35:39Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_fmlima.pdf: 26109192 bytes, checksum: 74a01d7c9fb534c67b1c1e083f12498d (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2013-06-18T16:35:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_fmlima.pdf: 26109192 bytes, checksum: 74a01d7c9fb534c67b1c1e083f12498d (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-18T16:35:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_fmlima.pdf: 26109192 bytes, checksum: 74a01d7c9fb534c67b1c1e083f12498d (MD5) Previous issue date: 2013-02-25 / The conductor glasses have been used as transparent conductor oxides (TCO’s). Due to its transmittance in the visible spectrum and low sheet resistance, TCO’s have been employed as a constituent component of photoeletrochemical cells activated with dye. This work is dedicated to the conductor glass fabrication, at a lab scale, on 2,6 cm x 7,6 cm glass substrates by spray pyrolyris method and application of the conductor glasses in photoeletrochemical cells of the type Grätzel and immense electrode. The work involve the fabrication of the conductor glasses, deposition of the silver-doped titanium oxide (TiO2:Ag) films on conductor glasses, preparation of the electrolyte, choice and preparation of the dye and then to close and to characterize of the cells by open circuit voltage (Voc) and short circuit current (Icc). The conductor glass is of the type fluorine-doped tin oxide (SnO2:F). The deposition of SnO2:F layer is make on the glass substrate with temperature of 600ºC from precursor solution. The heat source is ceramic heater of flat surface in a stove. The spray gun is used for to deposit the precursor solution on glass substrate. The conductor glasses and electrodes of SnO2:F/TiO2:Ag are characterized by measures of x-ray diffraction (XRD), scanning electron micrograph (SEM), UV-vis, electric resistance and Möhr strong. The average transmittance of the conductor glass 70 % in the wavelength regions of 650 nm – 800 nm. The average reflectance of 20 % in the electrodes SnO2:F/TiO2:Ag with extract of spinach in the wavelength regions of 650 nm – 700 nm. In the characterization of the cells, measures of Voc and Icc are obtained for cells under illumination. To hotoeletrochemical cell of the type Grätzel with extract of spinach the measures are Voc = 0,264 V and Icc = 1,4 μA; while that for the photoeletrochemical cell of the type Grätzel with methylene blue the measures are Voc = 0,186 V and Icc = 3,5 μA. / Vidros condutores têm sido usados como óxidos condutores transparentes (OCT’s). Por causa da transmitância na região visível e baixa resistência de filme os OCT’s têm sido usados como componente de células fotoeletroquímicas ativadas por corante. Neste trabalho é feito vidros condutores, em escala de laboratório, de dimensões 2,6 cm x 7,6 cm pela técnica “spray pyrolysis”, os vidros condutores são aplicados na construção da célula fotoeletroquímica com eletrodos imersos e da célula de Grätzel. Para isso, além de fazer vidros condutores é feito a deposição da camada de dióxido de titânio dopado com prata (TiO2:Ag), preparação de eletrólito, preparação de corante, montagem das células e caracterização por voltagem de circuito aberto (Vca) e corrente de curto circuito (Icc). O vidro condutor possui um filme de dióxido de estanho dopado com flúor (SnO2:F). A deposição do filme de SnO2:F sobre vidro é feito a temperatura de 600ºC a parti de uma solução precursora. Como fonte de calor usa-se uma resistência cerâmica conectada a um forno. Para a deposição da solução precursora é usado um gerador de “spray. As técnicas difração de raios x (DRX), microscopia de varredura eletrônica (MEV), UV-vis, resistência elétrica e dureza de Möhr são usadas para caracterizar o vidro condutor e o eletrodo SnO2:F/TiO2:Ag. O vidro condutor apresenta transmitância ~70% (650 nm - 800 nm). O eletrodo de SnO2:F/TiO2:Ag apresenta refletância ~20%. As células sob iluminação são caracterizadas por Vca e Icc. A célula de Grätzel com corante extrato de espinafre apresenta Vca = 0,264 V e Icc = 1,4 μA, enquanto que a célula de Grätzel com corante azul de metileno apresenta Voc = 0,186 V e Icc = 3,5 μA.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:55:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327988.pdf: 3203996 bytes, checksum: ecd99e96ced0396c828dcd6f037aa98d (MD5) Previous issue date: 2013 / A geração fotovoltaica (FV) é uma fonte de energia elétrica que converte diretamente a energia do sol de forma silenciosa, não poluente e sem utilizar partes móveis. Isto faz desta fonte de energia um importante complemento à matriz elétrica, com alta confiabilidade e robustez, com baixa necessidade de operação, manutenção e reposição (OM&R). A confiabilidade associada aos geradores FV envolve todos os componentes do sistema, sejam eles: módulos FV, condutores, caixas de junção, inversores, dispositivos de proteção e sistemas de aquisição de dados. Todos estes itens são sujeitos a falhas e sua vida útil está muito relacionada às características climáticas de onde estes se encontram instalados, além das influências elétricas do próprio sistema FV, como da rede elétrica.Módulos FV possuem garantia de sua potência nominal de tipicamente 20 a 30 anos. Os fabricantes, devido à grande capacidade instalada de seu produto, além de extensos testes realizados em laboratório, podem a princípio garantir que os módulos FV irão se comportar dentro dos padrões indicados em seus contratos de garantia. Fabricantes de equipamentos normalmente se amparam em testes de MTBF - Mean time between failures (tempo médio entre falhas) para prever a frequência de falhas de seus produtos. Diversos parâmetros de OM&Rutilizados no dimensionamento e análise econômica dos sistemas FV são tipicamente fornecidos pelos fabricantes dos equipamentos além dos resultados apresentados na literatura. Muitas vezes alguns parâmetros de desempenho são negligenciados na simulação da avaliação do sistema. Os principais parâmetros utilizados são: degradação do módulo FV ao longo dos anos; indisponibilidade do sistema em função de falhas no gerador, inversor ou rede elétrica; vida útil dos inversores; limpeza do sistema em função do acúmulo de sujeira nos módulos, temperatura operacional, distribuição espectral da radiação local, entre outros. Grande parte dos sistemas FV utilizados como estudo de caso para determinação dos parâmetros de OM&R de um sistema são instalados em regiões que não apresentam as mesmas características climáticas experimentadas por sistemas FV instalados no Brasil. Neste caso, a utilização de tais parâmetros pode levar a incertezas na expectativa de geração de energia e avaliação econômica do sistema FV. Este trabalho avalia os dados provenientes dos 15 anos de operação ininterrupta do primeiro sistema FV integrado a uma edificação instalado no Brasil. O gerador FV de 2kWp instalado em Florianópolis opera desde setembro de 1997 e é composto por 54 módulos opacos e 14 módulos semitransparentes de Silício amorfo a-Si de junção dupla. Foram levantados, a partir dos dados medidos pelo sistema, os principais parâmetros relacionados a OM&R de um gerador FV integrado a uma edificação e interligado à rede elétrica. Foram avaliados, ainda, dados históricos de irradiação solar incidente no plano do gerador fotovoltaico e sua comparação com dados provenientes do Atlas Brasileiro de Energia Solar.<br> / Abstract : Photovoltaic (PV) generation is an electric energy source that directly converts sun energy in a silent and clean way, avoiding the use of moving parts. This makes this energy source a highly reliable and robust complement to the energy matrix, with low requirements of operation, maintenance and replacement (OM&R). The reliability associated to PV generators involves all the system components, such as: PV modules, cables, junction boxes, inverters, protection devices and data acquisition systems. All those items can fail and their lifecycle is related to the climatic characteristics of where they are installed, and also to the electric influences of the PV system and the grid. PV modules typically have around 20 to 30 years nominal power warranty. The manufacturers, due to the large accumulated installed capacity, and extensive lab tests, can insure that PV modules will behave in accordance with the corresponding warranty contracts. Equipment manufacturers normally use MTBF (Mean Time Between Failures) tests to assess failures in the products. Many OM&R parameters used for the sizing and economic viability analysis of PV systems are normally provided by the equipment manufacturers, with results widely available on the specialized literature. Quite often, operational parameters are neglected in the simulation of system performance. The main parameters affecting the performance of a PV system are: degradation ofthe PV modules over the years; system unavailability due to failures at the generator, inverters or grid; inverters lifecycle; system cleaning due to the dirt accumulation at the modules, operational temperature, spectral content of the solar irradiation at the site, among others. Most of the PV systems used as case studies for determination of the OM&R parameters of a system are installed in regions that do not present the same climatic characteristics experienced by PV systems installed in Brazil. In these cases, the use of those parameters can result in uncertainties on the expectation of energy generation and economic viability analysis of the PV systems. The present work aims to evaluate the 15 years of operational data provided by the first building-integrated PV system installed in Brazil. The 2kWp PV generator installed in Florianópolis, operates since September 1997 and is comprised by 54 opaque modules and 14 semitransparent, double-junction amorphous silicon (a-Si) modules. The main parameters which were analyzed in this work, using the data provided by the system, are related to the OM&R of a PV generator building-integrated and connected to the grid. Historical data of the solar irradiation at the plane of the PV system in comparison with the data provided by the Brazilian Solar Energy Atlas were also evaluated.

CORRÊA, R. M. C. Modelagem e validação do uso de módulo fotovoltaico flutuante em água. 2015. 101 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-04-23T14:10:46Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_rmccorrêa.pdf: 3334226 bytes, checksum: 02e564ce778b4992a92151542f12087e (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-04-24T11:25:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_rmccorrêa.pdf: 3334226 bytes, checksum: 02e564ce778b4992a92151542f12087e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-24T11:25:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_rmccorrêa.pdf: 3334226 bytes, checksum: 02e564ce778b4992a92151542f12087e (MD5) Previous issue date: 2015-01-30 / This dissertation presents the combination of an electrical and thermal model to represent the characteristics of the photovoltaic module floating in water. Based on the proposed model a MATLAB / Simulink software simulation is made and validated with data obtained through a experiment performed. Two experiments were conducted in the UFC Alternative Energy Laboratory in order to validate the model proposed by the use of two distinct manufacturing photovoltaic modules, a monocrystalline produced by Azur Solar GmbH model TSM 160M and a polycrystalline produced by Solartec model KS20T. The model proposed was satisfactory compared the model results with measured data, which is irradiance, temperature front, rear and IV characteristic curve of the PV module. The irradiance is obtained by a pyranometer LP02 model Hukseflux manufactured by Thermal Sensor, temperatures were measured with temperature sensors type thermo EN 100 and the characteristic curves were obtained by tracer curve mini-KLA, manufactured by Ingenieurbüro. The monocrystalline module errors were lower than 4% for short-circuit current values, open circuit voltage and maximum power point. To reduce the error the electric model initially proposed was changed at the point of maximum power and were obtained errors lower than 2% for the short-circuit current values, open circuit voltage and maximum power point. The polycrystalline module showed errors lower than 10% for the short-circuit current values, open circuit voltage and maximum power point. The polycrystalline module floating in water performance was compared to the conventional use (installed on the ground), being recorded a cell temperature difference at any given time of day to 29 °C between the two applications; as a consequence, better efficiency was obtained floating on the water module with power gains of up to 17% compared to conventional usage. / Esta dissertação apresenta a combinação de um modelo elétrico e térmico para representar as características do módulo fotovoltaico flutuante em água. A partir do modelo proposto é realizada simulação no software MATLAB/Simulink e validado com dados obtidos através de experimento realizado. Foram realizados dois experimentos no Laboratório de Energias Alternativas da UFC a fim de validar o modelo proposto através da utilização de dois módulos fotovoltaicos de característica de fabricação distintas, um monocristalino da Azur Solar GmbH modelo TSM 160M e um policristalino da Solartec modelo KS20T. O modelo proposto mostrou-se satisfatório quando comparado os resultados do modelo com os dados medidos, que são irradiância, temperatura frontal, posterior e curva característica I-V do módulo fotovoltaico. A irradiância é obtida através do piranômetro modelo LP02 do fabricante Hukseflux Thermal Sensor, as temperaturas foram medidas com sensores de temperatura tipo termorresistência PT 100 e a curvas características foram obtidas através do traçador de cuva mini-KLA, do fabricante Ingenieurbüro. O módulo monocristalino apresentou erros inferiores a 4% para os valores de corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto e ponto de máxima potência. Visando diminuir o erro alterou-se o modelo elétrico proposto inicialmente no ponto de máxima potência e foram obtidos erros inferiores a 2% para os valores de corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto e ponto de máxima potência. O módulo policristalino apresentou erros inferiores a 10% para os valores de corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto e ponto de máxima potência. Observou-se o rendimento do módulo policristalino flutuante em água em relação ao uso convencional (instalado sobre o solo), sendo registrada uma diferença de temperatura da célula em determinado horário do dia de até 29ºC entre as duas aplicações; como consequência, obteve-se melhor eficiência do módulo flutuante em água com ganhos de potência de até 17% em relação ao uso convencional.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-11-21T03:18:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348633.pdf: 5070973 bytes, checksum: 1e7b24b46988237c2b4349b3201248fa (MD5) Previous issue date: 2017 / Este trabalho busca avaliar a perda de desempenho em sistemas solares fotovoltaicos causada pelo acúmulo de sujeira na superfície dos mesmos utilizando curvas IxV medidas em campo e aprimorar a metodologia empregada para tal avaliação.As diferentes tecnologias FV sofrem diferentes impactos no que diz respeito ao acúmulo de sujeira e seus efeitos sobre o desempenho dos dispositivos fotovoltaicos. Seja pela sua resposta espectral, ou simplesmente pela característica construtiva elétrica do módulo, acúmulos de sujeira de perfil semelhante sobre a superfície dos módulos FV das diferentes tecnologias disponíveis no mercado apresentam impactos diferentes na atenuação da geração. Poucos estudos são conduzidos no sentido de quantificar as perdas para diferentes tecnologias, e quando realizados, são conduzidos em ambientes laboratoriais, tendo pouca ou nenhuma reprodutibilidade para sistemas instalados em campo.Neste estudo foi realizada uma avaliação através de uma análise experimental, buscando averiguar que, para diferentes tipos de sujeira o perfil de atenuação, conhecido da literatura, da transmitância de caráter espectro-seletivo causado pela sujeira é o mesmo, onde tecnologias FV com respostas espectrais concentradas nos baixos comprimentos de onda apresentam maiores perdas por sujeira. Para a avaliação e aperfeiçoamento do método, foram realizadas três avaliações de perda de desempenho causada por sujeira em sistemas de diferentes tecnologias, em dois sistemas distintos, buscando medir os diferentes valores do ponto de máxima potência impostos pelo acúmulo de sujeira, e assim comparar estes valores nas diferentes tecnologias FV. Através da análise do resultado das avaliações, foram sugeridas propostas de melhoria do método da avaliação, visando diminuir as incertezas intrínsecas a este método.Através da análise experimental, foi obtido um perfil semelhante de curva de transmitância, podendo assim concluir que a resposta espectral de cada tecnologia apresenta papel fundamental na análise. Foram encontradas perdas com valores muito discrepantes entre tecnologias, e com valores elevados (da ordem de 16%) através do acúmulo de sujeira, demonstrando a importância de tal avaliação para otimizar o desempenho do sistema FV. / Abstract : This work aims to evaluate the loss of performance in solar photovoltaic systems caused by the accumulation of dirt on its surface using IxV curves measured in the field and to improve the methodology used for such evaluation.The different PV technologies suffer different impacts with respect to the accumulation of dirt and its effects on the performance of the photovoltaic devices. Whether due to its spectral response or simply to the electrical topology of the PV module, dirt accumulations of similar form on the surface of the PV modules of the different technologies available in the market present different impacts on generation attenuation. Few studies are conducted to quantify losses for different PV technologies, and when performed, are conducted in laboratory environments, having little or no reproducibility for field-installed systems.In this study an evaluation was carried out through an experimental analysis, aiming to investigate that for different types of dirt the attenuation profile, known in the literature, of the spectrum-selective transmittance caused by dirt is the same, where PV technologies with spectral responses concentrated in the low wavelengths present greater losses by dirt. In order to evaluate and improve the method, three evaluations performance losses caused by dirt in different technology systems were carried out, in two different systems, in order to measure the different values of the maximum power point imposed by the accumulation of dirt and to compare these values in different FV technologies. Through the analysis of the evaluations results, proposals were suggested in order to improve the evaluation method, and in order to reduce the uncertainties intrinsic to this method.By means of the experimental analysis, a similar shape of the transmittance curve was obtained, which allows to conclude that the spectral response of each technology plays a fundamental role in the analysis. Losses with very discrepant values between technologies were found, and with high values (of the order of 16%) through the accumulation of dirt, demonstrating the importance of such evaluation to optimize the performance of the PV system.

Foi estudado teórica e experimentalmente um sistema fotovoltaico acoplado a cavidades tipo V com rastreamento em torno de um eixo horizontal orientado na direção Norte-Sul. Para certas combinações da relação de concentração e ângulo do vértice, os concentradores tipo V possuem a propriedade de iluminar uniformemente a região absorvedora, característica que os torna particularmente aptos para trabalhar em conjunto com módulos fotovoltaicos. O trabalho analisa três aspectos: a) as propriedades óticas e radiantes das cavidades tipo V; b) a metodologia de projeto das cavidades e c) o desempenho de um protótipo experimental. Com relação às propriedades óticas, os raios incidentes, que atingem o absorvedor (radiação aceita) ou invertem o sentido de sua trajetória e retornam à abertura (radiação rejeitada), são categorizados de acordo com o número de reflexões que experimentam antes de atingir o absorvedor ou a abertura, respectivamente. Os raios assim classificados são denominados modos de reflexão. O estudo do seu comportamento permite derivar soluções analíticas para as propriedades óticas e radiantes da cavidade. Estas soluções possibilitam calcular: 1 ) a função de aceitação angular e a eficiência ótica para radiação direta, aceita e rejeitada; 2) a distribuição espacial e angular da densidade de fluxo na região do absorvedor e 3) os coeficientes de intercâmbio radiante para radiação difusa, aceita e rejeitada. Resultados numéricos para uma variedade de combinações da relação de concentração e ângulo do vértice são apresentados. A metodologia de projeto da cavidade é abordada a partir dos resultados do estudo anterior, que permitem definir o subconjunto de cavidades cuja iluminação na região do absorvedor é uniforme, determinar o intervalo angular para o qual isso se verifica e calcular suas propriedades óticas e radiantes. Essas informações conjuntamente com uma análise de custos permitem definir a cavidade que apresenta as melhores condições operacionais e relação de custo-benefício. Foi construído um protótipo de sistema fotovoltaico e realizados testes instantâneos de caracterização ótica e elétrica de seus componentes e testes operacionais do sistema. Os resultados experimentais confirmam o aumento esperado de 31% na coleção de energia solar, devido ao acompanhamento do movimento do Sol, e mostram um aumento de 51% na produção de energia elétrica diária do sistema com concentração em relação ao sistema sem concentração. O resultado combinado de ambos efeitos é um aumento da ordem de 100% na energia elétrica produzida, com relação a coletores fixos sem concentração. Os procedimentos desenvolvidos para analisar o sistema fotovoltaico permitem, do ponto de vista qualitativo, adquirir uma adequada compreensão dos processos de conversão de energia e, do ponto de vista quantitativo, estimar seu desempenho com boa exatidão. Os resultados teóricos e experimentais deste estudo podem ser de importância no desenvolvimento da engenharia de projeto, construção e teste de sistemas fotovoltaicos de médio e grande porte. / A theoretical and experimental study of a photovoltaic system coupled to V-trough cavities, tracking the sun around one axis1 N-S horizontal, has been undertaken. For certain combinations of concentration ratio and vertex angle, V-trough cavities can uniformly illuminate the flat absorber, property which makes those concentrators particularly suitable to work in conjunction with photovoltaic modules. The work studies three aspects of the problem: a) the optical and radiative properties of the V-trough cavities; b) their design procedure and c) the performance of an experimental prototype. Concerning the first item, the incident light rays are categorized according to the number of reflections undergone before reaching either the absorber (accepted radiation) or the aperture (light rays which experiment a path reversal toward rejection out of the cavity). These are referred to as reflection modes. The analyses of the reflections modes behavior enables to derive closed form analytic solutions for the optical and radiative properties of the V-trough cavities. Then it can be obtained 1) the angular acceptance function and optical efficiency for accepted and rejected beam radiation; 2) the spatial and angular flux distribution on the absorber region and 3) the radiative exchange coefficients for accepted and rejected diffuse radiation. Numerical results for various combinations of concentration ratio and vertex angle, are given. The design procedure of the cavity is closely related to the results derived in the previous study. They allow to identify the subclass of cavities with uniform illumination on the absorber, to determine the angular interval where this property holds and to calculate its optical and radiative properties. Together with a cost analyses it is possible to select the cavities that meet the best operational conditions and cost-benefit relation. A prototype of the photovoltaic system was built and the optical and electrical characteristics of the various system components, were determined through instantaneous tests. Long run, operational tests of the photovoltaic system were also done. The results confirm the expected increase of 31% in collected energy, due to sun tracking, and show a 51% of energy increase due to light concentration. The combined result of tracking and concentration yields an energetic gain of de arder of 100%, when compared with a fixed system with no concentration. The procedures developed to test and evaluate the photovoltaic system provide a good understanding of the energy conversion processes and enable to predict the system performance with good accuracy. The experimental and theoretical resulta of this study are relevant for the development of the engineering of design, building and test of medium and large size photovoltaic systems.

Este trabalho pode ser melhor descrito a partir da sua divisão em duas etapas. Uma predominantemente experimental onde se descreve o projeto, o desenvolvimento e a calibração de um radiômetro espectral destinado à caracterização da distribuição espectral da irradiância solar e outra etapa teórica que permite obter o espectro solar. O radiômetro espectral desenvolvido neste trabalho possui um anel de sombra rotativo, deste modo utiliza-se o mesmo conjunto de sensores na medida das componentes global, direta e difusa da radiação solar. Diferentemente de outros instrumentos que utilizam filtros ópticos de interferência acoplados a fotodiodos de silício, empregou-se no radiômetro diodos emissores de luz (LEDs), como sensores espectrais. Esta escolha baseia-se principalmente no alto custo dos filtros ópticos de boa qualidade e também devido à sua degradação. O radiômetro desenvolvido nesta Dissertação também possui um fotodiodo de silício com resposta espectral ampla (entre 300 e 1100 nm) destinado à medida da irradiância solar total. Na etapa teórica é desenvolvida uma metodologia para caracterização espectral da irradiância solar a partir dos dados obtidos pelo radiômetro espectral para uma atmosfera isenta de nuvens. Estes dados são utilizados na determinação da quantidade de água precipitável e espessura óptica de aerossóis. Estes parâmetros atmosféricos, além da coluna total de ozônio, associados a variáveis meteorológicas locais (pressão atmosférica, umidade relativa e albedo da superfície), variáveis de tempo (hora e data) e variáveis de espaço (latitude, longitude, altitude) são utilizados como dados de entrada em um programa computacional escrito em linguagem FORTRAN 77 baseado no modelo SMARTS2 (Simple Model of the Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine). O programa computacional é capaz de modelar a irradiância solar direta, difusa e global incidente sobre superfícies planas ou inclinadas. O modelo paramétrico cobre o segmento entre 280 até 4000 nm, com resolução espectral de 0,5 nm entre 280-400 nm, 1 nm entre 400-1700 nm e 5 nm entre 1705-4000 nm. / For a better understanding, this work is divided into two sections. The first one, predominately experimental, is related to the design, development and calibration of a radiometer used for spectral solar irradiance measurements. The other section, theoretical, is devoted to obtain the solar spectrum from the atmospheric parameters. The built spectral radiometer is provided with a rotating shadow-band, so the global, beam and diffuse solar irradiance components can be measured with the same set of sensors. Differently from other instruments, this radiometer utilizes light-emitting diodes (LEDs) as spectrally selective sensors, instead of interference filters and photodiodes. This option is favored by the high prices and quality degradation of the interference filters. The radiometer developed in this dissertation also employs a broadband (response between 300-1100 nm) silicon photodiode to detect the global solar irradiance. The methodology used to reconstruct the spectral solar irradiance of a cloudless sky from the radiometer data is explained in the theoretical section of this work. The data from the spectral radiometer are used for the determination of precipitable water and aerosol optical depth. These atmospheric parameters and the ozone optical depth, together with meteorological variables (atmospheric pressure, relative humidity and local albedo), geographic variables (latitude, longitude and altitude), time and date are used as input data for a computer program developed in FORTRAN 77 based on the SMARTS2 (Simple Model of the Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine) model. This computer program allows the determination of the global, beam and diffuse solar irradiance on horizontal or tilted planes. The model covers the wavelength range from 280 nm to 4020 nm. The achieved resolution is 0,5 nm between 280 nm and 400 nm, 1 nm between 400 nm and 1700 nm and 5 nm between 1705 nm and 4000 nm. The results of the methodology are compared to the experimental values obtained for the global-horizontal irradiance in order to validate the spectral irradiance predictions.

Este trabalho apresenta uma avaliação de possibilidade técnica e viabilidade econômica de uso de energia solar como alternativa à energia elétrica no aquecimento de banho de neutralização na decapagem de fio máquina de indústria siderúrgica. O trabalho contém o dimensionamento de um sistema utilizando 35 conjuntos de coletores solares de tubo evacuado, totalizando uma área de absorção de 84 m2, além de um tanque térmico, tubulações e acessórios necessários. Para a simulação da economia de energia possível, inicialmente foram obtidos valores de referência de irradiação total e temperatura ambiente a cada hora do ano, inserindo-se a irradiação média mensal e a longitude e latitude do local de interesse no software Radiasol (Krenzinger e Bugs, 2010), desenvolvido na UFRGS. Estes dados foram alocados em uma planilha Excel gerando uma tabela com um total de 3760 linhas. Em seguida foram calculados e inseridos sequencialmente, em cada linha da planilha, os valores de área de coleta, eficiência dos coletores, calor absorvido, potência necessária, acúmulo de energia e temperatura da água no tanque térmico. Por último foi totalizada a energia absorvida ao longo do ano e calculada a economia resultante para diversos valores de custo de kWh. A análise econômica indicou uma taxa anual de retorno do investimento entre 3,19% e 24,7% quando considerado um período de 10 anos. Ressalta-se que além dos fatores técnico e econômico, a viabilização de projetos utilizando energia solar também contribui para disseminar uma nova cultura de aproveitamento energético com benefícios ambientais, na medida em que reduz a emissão de gases efeito estufa, que em grande parte são associados a atividade industrial. Este benefício ambiental resulta na melhoria da imagem da empresa. / This work presents a study of technical and economic viability of using solar energy for heating water of the neutralizations tank in the pickling process of wire rod in one steel mill when compared to the use of electric energy. The work contains the design of a system of 35 sets of evacuated solar collectors, with 84 m2 of absorption area besides the necessary thermic tank, pipes and accessories. The economic evaluation resulted in a return rate between 3,19% and 24,7% when considering 10 years of operation. To simulate the possible saving of energy, the first step was to obtain reference values for total irradiation and local temperature filling in the monthly irradiation average, the longitude and latitude of the site of the project, in the software Radiasol (Krenzinger e Bugs, 2010), developed in UFRGS (Universidade Federal do Rio Grande do Sul). These data were inserted in an Excel spreadsheet generating a table with 3760 lines. After that, in each line of the table, the values of collecting area, collector efficiency, absorbed heat, energy demand, energy build up and temperature in the thermal tank were calculated and inserted. Then, the annual absorbed energy and energy saving were calculated for several values of kWh. The economic analysis indicates an annual return rate between 3,19% and 24,7%, when considered a 10 years period. It is important to highlight that, beyond the technical and economic factors, the implementation of solar energy projects also contributes to disseminate a new culture of energy use with environmental benefits. Among these benefits is the reductions of greenhouse gases that are associated with the industrial activity. This environmental benefit improves the company image.

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Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2562_Dissertação Mestrado - Vitor Luiz Rigoti dos Anjos.pdf: 1998358 bytes, checksum: 1c58b783ac25daca9ee45262215ba725 (MD5) Previous issue date: 2008-07-28 / Tendo em vista a necessidade de transportar óleos pesados produzidos em regiões notoriamente ensolaradas do Brasil (tais como o norte do estado do Espírito Santo e estados da região Nordeste), o aproveitamento da radiação solar incidente como fonte de energia térmica alternativa para aquecimento de oleodutos e tanques de armazenamento terrestres (on-shore) surge como uma solução para a redução da perda de carga induzida no escoamento através da redução da viscosidade do fluido. O presente trabalho apresenta de modo sucinto as etapas de dimensionamento, projeto, construção e teste de um protótipo de concentrador solar parabólico, bem como os resultados experimentais obtidos durante as atividades do projeto como um todo, além de apontar também novas possibilidades de melhoria do sistema para futuras operações. A principal proposta deste trabalho é a otimização do tubo absorvedor do concentrador solar, a fim de aumentar o aproveitamento da radiação incidente. Utilizando configurações distintas de tubos absorvedores instalados sobre o foco do concentrador solar parabólico experimental, o fluido de trabalho é aquecido e, de posse dos dados coletados nos experimentos são feitas as devidas análises para alcançar o objetivo do projeto principal, que é obter uma forma de redução da perda de carga em escoamentos de óleos pesados utilizando a energia solar coletada por um concentrador parabólico.