O mote desta pesquisa é a análise da produção científica sobre energias alternativas no Estado de São Paulo entre os anos de 1992 a 2002. Especificamente, realizou-se o estudo de caso do Programa Interunidades de Pós-graduação em Energia (PIPGE) da Universidade de São Paulo, que desenvolveu estudos em energia solar e biomassa da cana-de-açúcar. A pesquisa utiliza como fontes históricas a literatura científica produzida pelos pesquisadores do Programa, tais como as teses e dissertações, artigos e papers e a documentação institucional referente à estrutura e objetivos do PIPGE. No período recortado para análise ocorre uma série de eventos sobre meio ambiente e desenvolvimento que levam em conta a questão das energias alternativas, criando cenários políticos e científicos para a pesquisa e desenvolvimento dessas tecnologias. Já a opção pelo Estado de São Paulo se justifica por ter sido o maior consumidor e produtor de energia do país na década de 1990, representando um espaço que necessitava aumentar o parque gerador de energia para poder suprir a demanda de seus habitantes. / This research aims at analyzing the scientific literature on alternative power resources in São Paulo State from 1992 to 2002. A case study of the Interdisciplinary Post-Graduation Program in Energy of São Paulo State University (PIPGE/USP) was accomplished since the Program developed studies on solar energy and sugar cane biomass during the period under study. Historical sources comprise the scientific literature produced by the researchers of the Program such as theses, dissertations, articles and papers, and the institutional documentation of the Program with respect to its structure and objectives. In the period under study, a series of events on environment and development occurred that considered the issue of alternative power resources, producing political and scientific settings for research and development of such technologies. São Paulo State was chosen because it was both the largest energy consumer and producer of the country in the 90s, thus representing the need for augmenting energy generation in order to supply the inhabitants demands.

O mote desta pesquisa é a análise da produção científica sobre energias alternativas no Estado de São Paulo entre os anos de 1992 a 2002. Especificamente, realizou-se o estudo de caso do Programa Interunidades de Pós-graduação em Energia (PIPGE) da Universidade de São Paulo, que desenvolveu estudos em energia solar e biomassa da cana-de-açúcar. A pesquisa utiliza como fontes históricas a literatura científica produzida pelos pesquisadores do Programa, tais como as teses e dissertações, artigos e papers e a documentação institucional referente à estrutura e objetivos do PIPGE. No período recortado para análise ocorre uma série de eventos sobre meio ambiente e desenvolvimento que levam em conta a questão das energias alternativas, criando cenários políticos e científicos para a pesquisa e desenvolvimento dessas tecnologias. Já a opção pelo Estado de São Paulo se justifica por ter sido o maior consumidor e produtor de energia do país na década de 1990, representando um espaço que necessitava aumentar o parque gerador de energia para poder suprir a demanda de seus habitantes. / This research aims at analyzing the scientific literature on alternative power resources in São Paulo State from 1992 to 2002. A case study of the Interdisciplinary Post-Graduation Program in Energy of São Paulo State University (PIPGE/USP) was accomplished since the Program developed studies on solar energy and sugar cane biomass during the period under study. Historical sources comprise the scientific literature produced by the researchers of the Program such as theses, dissertations, articles and papers, and the institutional documentation of the Program with respect to its structure and objectives. In the period under study, a series of events on environment and development occurred that considered the issue of alternative power resources, producing political and scientific settings for research and development of such technologies. São Paulo State was chosen because it was both the largest energy consumer and producer of the country in the 90s, thus representing the need for augmenting energy generation in order to supply the inhabitants demands.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Resumo: Frente aos novos desafios impostos ao cenário energético mundial, esta tese de doutorado implementa e analisa uma micro-rede de geração distribuída (GD), com acumulação e capacidade de operação conectada ou desconectada da rede de distribuição de energia elétrica (RDEE). A energia é fornecida à RDEE através de seis inversores monofásicos, constituindo uma rede trifásica, sendo três deles com capacidade de operação ilhada e conectada, e outros três com características de fonte de corrente que podem injetar energia de forma controlada, ativa ou reativa, no ponto de conexão comum (PCC). Através do sistema de acumulação com baterias do tipo chumbo-ácido, também é possível que o sistema minimize o consumo de energia da RDEE, mesmo quando não há energia solar, extraindo potência das baterias. Tendo em vista que a quase totalidade dos inversores utilizados em um sistema de GD fornecem somente potência ativa, ou trabalhem com fator de potência fixo, este trabalho também implementa o controle dinâmico de P e Q na micro-rede, atuando como compensador de tensão no PCC e promovendo melhorias na qualidade da energia elétrica. A micro-rede é gerenciada por um programa desenvolvido para o controle de todos os dispositivos essenciais presentes na GD, incluindo controle da carga e descarga do sistema de acumulação, controle dos contatores de conexão de todo o sistema, e controle do firmware dos inversores conectados, permitindo total liberdade de gestão da energia disponível, resultando numa ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Considering the new challenges imposed in the energetic scenario around the world, this PhD thesis implements and analyzes a micro-grid of Distributed Generation (DG) plant with accumulation and capability of operation connected or islanded from the electric power distribution grid. The system will supply power to the utility grid and local loads through six single-phase inverters, constituting a three-phase system, among which three are with capability to operate in islanded and connected mode, and the other three single-phase inverters with current source characteristic that can inject active or reactive power in a controlled manner at the point of common coupling (PCC). Through the accumulation system with lead-acid batteries technology, it is also possible that the system minimizes the utility grid consumption, though without solar energy. Given that most of the available inverters for DG are designed only to provide active power or to operate with a fixed power factor, this work, in the meantime, implements the dynamic control of the supplied active and reactive power (P and Q) in micro-grid, acting as a voltage compensator at the PCC to improve the quality of electric power. The micro-grid is managed by software designed to control and communicate with all essential devices in DG, including control of charge and discharge of the accumulation system, control of the whole system connection contactors, and the firmware control of grid connected inverters, which allow a wid... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

The experience of electric energy shortage in 2001 demonstrated that our dependence almost exclusively on hydroelectricity could fetch great problems to Brazil. Thus being, the existence of trustworthy alternatives of energy must exist, at the very least, as a reserve. For this reason, the perspective of decentralizing the energy production as a form of promoting the socioeconomic development of remote communities not connected to the public distribution system as well for mass production of electricity, are the motivations of this work. Such situation justified the analysis of performance and development of the integration of diverse types of alternative primary sources by transforming them into current sources as a means of preventing the circulation of current due to voltage differences across the sources. Control of the load voltage uses the modulation of a secondary load in parallel with a primary load in such a way that current excesses from the current sources are drained only through the secondary load, remaining unchanged the conditions for the primary load. To manage the voltage and current distribution in the main load, a module, dedicated and expandable controller is proposed for hybrid systems of electric energy generation such as those using wind-solar-storage for generation of electric energy in a trustworthy form, unassisted and independent. The proposed integrated system of energy does allow the control and integration of the most usual forms of energy generation such as hydraulic, wind, storage of energy, specially, in batteries. The control program is also adjusted to integrate other forms of generation, independent of its origin. The control as a whole is based on the algorithm "Hill Climbing Control" (HCC) for individual maximization of the generated power and rotation in each source and regulating the voltage across the load, in order to get the best advantage from the installations. In this dissertation is also shown some practical results about the proposed theory on a prototype of control based on the micro controller PIC18F452 for distribution of energy from a power plant of electric energy generation installed and operating in the CEEMA-UFSM campus. Furthermore, the controller module of power as presented in this work is more useful among others because it allows the use of hybrid electronics and microelectronics that are able of concentrating several circuits in a only "chip", including control functions for power conversion, A/D devices, program memory, data memory, modules for capture and comparison, timers and PWM modules. / A experiência do racionamento de energia elétrica no ano de 2001 no Brasil demonstrou que nossa dependência quase que exclusivamente da hidroeletricidade pode nos trazer grandes problemas. Assim sendo, a existência de alternativas de energia confiáveis deve existir, no mínimo, como reserva. Por esse motivo, a perspectiva da descentralização da produção de energia como forma de promoção do desenvolvimento sócio-econômico de comunidades não atendidas pelas formas convencionais de energia bem como para produção em massa de energias alternativas para grandes sistemas de potência, foram as motivações deste trabalho. A necessidade de um conhecimento melhor da integração entre as fontes de energia. Tais temas justificaram a realização da análise do desempenho e o desenvolvimento de tecnologia para a integração de diversos tipos de fontes alternativas transformadas em fontes de corrente como forma de se evitar a circulação de correntes entre as fontes por diferenças individuais de tensão. O controle da tensão de carga usa a modulação de uma carga secundária em paralelo com outra primária tal que os excessos de corrente das fontes sejam drenados apenas para a carga secundária mantendo-se inalteradas as condições da carga primária. Para gerenciar a distribuição das correntes e a tensão na carga principal, utilizou-se um controlador modular, dedicado e expansível para sistemas híbridos de geração de energia elétrica tais como o eólico-solararmazenamento para geração de energia elétrica de forma confiável, desassistida e autônoma. O sistema de energia desenvolvido permite o controle e o acionamento integrados das formas mais conhecidas de geração de energia envolvendo fontes como a hidráulica, a eólica, armazenadores de energia, em especial, as baterias. O programa de controle é adequado para integrar outras formas de geração, independente de sua origem. O controle como um todo, baseia-se no algoritmo "Hill Climbing Control" (HCC) para maximização individual da potência gerada em cada fonte e para o contingenciamento da rotação pela carga, de modo a se obter o melhor proveito das instalações. Por outro lado, a tensão de saída é modulada através da carga secundária de tal forma a compor uma impedância a ser vista pela fonte de corrente resultante das fontes primárias que estabilize em torno da tensão nominal. Esta dissertação mostra os resultados práticos relativos a um protótipo de controle baseado no PIC18F452 para distribuição de energia a partir de uma central de geração de energia elétrica instalado e funcionando no campus da UFSM. O módulo controlador de potência como se apresenta, presta-se para a utilização dos recursos da eletrônica híbrida e da microeletrônica que podem concentrar num único "chip" diversos circuitos, incluindo conversores de potência, conversores A/D, memória de programa, memória de dados, módulos de captura e comparação, temporizadores e módulos PWM, entre outros.

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A energia é fornecida à RDEE através de seis inversores monofásicos, constituindo uma rede trifásica, sendo três deles com capacidade de operação ilhada e conectada, e outros três com características de fonte de corrente que podem injetar energia de forma controlada, ativa ou reativa, no ponto de conexão comum (PCC). Através do sistema de acumulação com baterias do tipo chumbo-ácido, também é possível que o sistema minimize o consumo de energia da RDEE, mesmo quando não há energia solar, extraindo potência das baterias. Tendo em vista que a quase totalidade dos inversores utilizados em um sistema de GD fornecem somente potência ativa, ou trabalhem com fator de potência fixo, este trabalho também implementa o controle dinâmico de P e Q na micro-rede, atuando como compensador de tensão no PCC e promovendo melhorias na qualidade da energia elétrica. A micro-rede é gerenciada por um programa desenvolvido para o controle de todos os dispositivos essenciais presentes na GD, incluindo controle da carga e descarga do sistema de acumulação, controle dos contatores de conexão de todo o sistema, e controle do firmware dos inversores conectados, permitindo total liberdade de gestão da energia disponível, resultando numa importante ferramenta acadêmica de aprendizagem. Adicionalmente, a planta de GD é monitorada por meio de um programa de aquisição de dados do fluxo de energia elétrica que flui entre a GD e a RDEE, armazenando os dados relevantes em um banco de dados de informações para análises em longo prazo. É apresentada uma revisão bibliográfica para o cenário energético mundial e no Brasil, além das configurações de micro-rede com GD mais utilizadas no setor atualmente. O diagrama geral da micro-rede com GD é exposto, com descrição de cada equipamento e dimensionamento das fontes de energia solar. Finalmente, resultados experimentais e estruturas dos códigos são apresentados e discutidos. / Considering the new challenges imposed in the energetic scenario around the world, this PhD thesis implements and analyzes a micro-grid of Distributed Generation (DG) plant with accumulation and capability of operation connected or islanded from the electric power distribution grid. The system will supply power to the utility grid and local loads through six single-phase inverters, constituting a three-phase system, among which three are with capability to operate in islanded and connected mode, and the other three single-phase inverters with current source characteristic that can inject active or reactive power in a controlled manner at the point of common coupling (PCC). Through the accumulation system with lead-acid batteries technology, it is also possible that the system minimizes the utility grid consumption, though without solar energy. Given that most of the available inverters for DG are designed only to provide active power or to operate with a fixed power factor, this work, in the meantime, implements the dynamic control of the supplied active and reactive power (P and Q) in micro-grid, acting as a voltage compensator at the PCC to improve the quality of electric power. The micro-grid is managed by software designed to control and communicate with all essential devices in DG, including control of charge and discharge of the accumulation system, control of the whole system connection contactors, and the firmware control of grid connected inverters, which allow a wide control over the available energy and provide a significant academic studying platform. In addition, the energy flow between the DG and the utility grid is monitored through a power quality monitoring device, which is capable to send daily reports by email. In this way, a program was developed to store and recover all the relevant data in a database for the long-term analysis, compiling the results for easy interpretation. A literature review is presented for the world energy scenario, with more focus in Brazil, besides the micro-grid configurations with DG most used in the sector currently. This work also shows the general diagram of the micro-grid with DG describing the equipment and dimensioning the solar energy sources. Finally, it demonstrates and discusses experimental results and code structures.

Given the scenarios of increasing world population, the concentration of CO2, fuel costs, global consumption of energy and climate change, there was a need to search for alternative energy sources. In this context, solar photovoltaic, the result of research and investments over the past five decades, had a great impact in the last decade, recording a significant increase in the production of photovoltaic cells and modules and installations of photovoltaic systems worldwide. One of the goals of this work was to study the behavior of PV modules by partial shading situations in different conditions of temperature and solar radiation. Within this partial shading scenario that impacts virtually all electrical parameters of a module, the study and calculation of the series resistance of the modules was done in conditions of partial shading proposals to verify the relationship between the value of the series resistance and the state of shading partial, allowing identification of a possible state of shading from monitoring the resistance series. Another objective of this work was to apply Artificial Intelligence (AI) resources in the form of Artificial Neural Networks (ANN) to, after the proper training and learning of ANN from the database collected in the field under conditions of partial shade, they can identify the parameters of the PV modules within the various conditions of partial shading proposals. To pursue the objectives of this work four photovoltaic modules were used, two with 40 W nominal power with over fifteen years of manufacturing, assigned by the Instituto Federal de Goiás (IFGoiano) Urutaí Campus, at the city of Urutaí-GO and two new without any use of 75 W nominal power assigned by the Center for Research on Alternative Energy Sources, School of Electrical Engineering, Universidade Federal de Uberlândia (UFU). / Diante dos cenários de aumento da população mundial, da concentração de CO2 ,dos custos dos combustíveis, do consumo mundial de energia e das alterações climáticas, surgiu a necessidade de se buscar por fontes de energias alternativas. Neste contexto, a energia solar fotovoltaica, fruto de investigações e investimentos realizados nas últimas cinco décadas, teve um grande impacto na última década, registrando um aumento significativo na produção de células e módulos fotovoltaicos e instalações de sistemas fotovoltaicos no mundo todo. Um dos objetivos deste trabalho foi estudar o comportamento de módulos fotovoltaicos mediante situações de sombreamento parcial em diferentes condições de temperatura e radiação solar. Dentro deste cenário de sombreamento parcial que causa impacto praticamente em todos os parâmetros elétricos de um módulo, foi feito o estudo e cálculo da resistência série dos módulos nas condições de sombreamento parcial propostas para verificar a relação entre o valor da resistência série e o estado de sombreamento parcial, possibilitando uma possível identificação do estado de sombreamento a partir do monitoramento da resistência série. Outro objetivo deste trabalho foi aplicar recursos de Inteligência Artificial (IA) na modalidade de Redes Neurais Artificiais (RNAs) para, após o devido treinamento e aprendizado das RNAs a partir do banco de dados colhidos em campo sob condições de sombreamento parcial, elas poderem identificar os parâmetros do módulo fotovoltaico dentro das diversas condições de sombreamento parcial propostas. Para a busca dos objetivos deste trabalho foram utilizados quatro módulos fotovoltaicos sendo dois de 40 W de potência nominal com mais de quinze anos de fabricação, cedidos pelo Instituto Federal Goiano (IFGoiano) Campus Urutaí, da cidade de Urutaí-GO e dois novos e sem uso, de 75 W de potência nominal cedidos pelo Núcleo de Pesquisa em Fontes Alternativas de Energia da Faculdade de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Uberlândia (UFU). / Mestre em Ciências