Esta tese tem como objetivo o estabelecimento de bases técnicas para o dimensionamento de aproveitamentos híbridos hidrelétricos fotovoltaicos. Nesse sentido, investigam-se o funcionamento e a viabilidade técnica de uma configuração para esses aproveitamentos quanto aos efeitos de diferentes capacidades das baterias ou perfis de demanda, entre outros fatores. A tese traz à tona a questão da complementariedade entre fontes de energia, avaliando a influência de diferentes gradações de complementação entre as energias hídrica e solar e caracterizando essa complementariedade ao longo do Estado do Rio Grande do Sul. O sistema estudado é constituído por dois aproveitamentos, um hidrelétrico e outro fotovoltaico, operando em paralelo para atender a demanda. O desempenho foi investigado a partir da proposição de uma metodologia de análise, que consiste em um balanço energético baseado em disponibilidades energéticas idealizadas, resultando em um parâmetro para comparação de desempenho (um índice de falhas no atendimento). A idealização dos dados permite investigar a influência de determinado parâmetro, “filtrando” os efeitos de outros fatores (como condições climáticas). A avaliação dos efeitos da complementariedade foi efetuada pela proposição de índices matemáticos adimensionais. As simulações confirmaram tendências esperadas, como o aumento das falhas para baterias de menor capacidade e para menor complementariedade no tempo ou a redução das falhas para perfis com picos de demanda ao meio dia, entre outras, e mostraram como pequenas variações na capacidade das baterias, na potência hidrelétrica instalada ou na área dos módulos fotovoltaicos podem influenciar o desempenho do sistema. Uma avaliação da “aderência” dessas idealizações com a realidade foi obtida com simulações a partir de dados reais e com uma simulação experimental. Em ambos os casos houve forte semelhança qualitativa dos resultados, mostrando a influência de efeitos climáticos e de outros fatores sobre o comportamento dos componentes do sistema. Os ensaios experimentais foram realizados em duas bancadas, uma no Laboratório de Energia Solar, da Escola de Engenharia, e a outra no Laboratório de Ensino de Hidráulica, do Instituto de Pesquisas Hidráulicas, ambos nesta Universidade. Os resultados experimentais forneceram também subsídios para definir o controle do sistema, mostrando como deve ser o controle de carga das baterias e a inserção da corrente fornecida pelo gerador hidrelétrico. Enfim, foram estabelecidas diretrizes para o dimensionamento de aproveitamentos hidrelétricos fotovoltaicos com base na aplicação da metodologia proposta para análise, além de ter sido avaliada de forma expedita a aplicabilidade desse tipo de sistema de geração no Estado. / This thesis purposes to establish the technical bases for component sizing of hydroelectric photovoltaic hybrid plants. In this sense, the operation and technical viability of a specific configuration of these plants were investigated with regard to the effects of different battery capacities or demand profiles, among others. The thesis deals with the question of complementarity between energy resources, evaluating the influence of different complementarity gradations between hydro and solar energies and describing this complementarity along the State of Rio Grande do Sul. The studied system consists of two plants, a hydroelectric and a photovoltaic, operating in parallel to supply the consumers. The performance was investigated from the proposition of an analysis methodology, based on an energetic balance with idealized resources availability, resulting into a comparison parameter (a supply failure index). The data idealization allows to investigate the influence of each parameter, filtering off another effects (as climatic conditions). The complementarity effects were evaluated from the proposition of adimensional mathematical indexes. Expected tendencies, like an increase of failures due to smaller battery capacities and smaller time complementarity, or a decrease due to demand profiles with peak of demand concentrated at noon, were confirmed by the computational simulations, as well as how small variations of battery dimension, of installed hydro power and of photovoltaic area affects the system performance were also demonstrated by these simulations. The simulation with real meteorological data and an experimental simulation provides an evaluation of the adherence of idealizations with reality. In both cases, there was a strong qualitative similarity between results, showing the influence of climatic conditions and other factors on the system performance. The experimental tests were performed at Laboratório de Energia Solar, Escola de Engenharia, and at Laboratório de Ensino de Hidráulica, Instituto de Pesquisas Hidráulicas, in this University. The laboratory experiments results in information to define the control of the system, showing how to control the charge of batteries and how to insert the hydro power into the dc bus. Finally, technical bases for sizing methodology of hydro photovoltaic plants were established, based on the analysis methodology proposed. The aplicability of these kind of energy system was also evaluated.

Esta tese tem como objetivo o estabelecimento de bases técnicas para o dimensionamento de aproveitamentos híbridos hidrelétricos fotovoltaicos. Nesse sentido, investigam-se o funcionamento e a viabilidade técnica de uma configuração para esses aproveitamentos quanto aos efeitos de diferentes capacidades das baterias ou perfis de demanda, entre outros fatores. A tese traz à tona a questão da complementariedade entre fontes de energia, avaliando a influência de diferentes gradações de complementação entre as energias hídrica e solar e caracterizando essa complementariedade ao longo do Estado do Rio Grande do Sul. O sistema estudado é constituído por dois aproveitamentos, um hidrelétrico e outro fotovoltaico, operando em paralelo para atender a demanda. O desempenho foi investigado a partir da proposição de uma metodologia de análise, que consiste em um balanço energético baseado em disponibilidades energéticas idealizadas, resultando em um parâmetro para comparação de desempenho (um índice de falhas no atendimento). A idealização dos dados permite investigar a influência de determinado parâmetro, “filtrando” os efeitos de outros fatores (como condições climáticas). A avaliação dos efeitos da complementariedade foi efetuada pela proposição de índices matemáticos adimensionais. As simulações confirmaram tendências esperadas, como o aumento das falhas para baterias de menor capacidade e para menor complementariedade no tempo ou a redução das falhas para perfis com picos de demanda ao meio dia, entre outras, e mostraram como pequenas variações na capacidade das baterias, na potência hidrelétrica instalada ou na área dos módulos fotovoltaicos podem influenciar o desempenho do sistema. Uma avaliação da “aderência” dessas idealizações com a realidade foi obtida com simulações a partir de dados reais e com uma simulação experimental. Em ambos os casos houve forte semelhança qualitativa dos resultados, mostrando a influência de efeitos climáticos e de outros fatores sobre o comportamento dos componentes do sistema. Os ensaios experimentais foram realizados em duas bancadas, uma no Laboratório de Energia Solar, da Escola de Engenharia, e a outra no Laboratório de Ensino de Hidráulica, do Instituto de Pesquisas Hidráulicas, ambos nesta Universidade. Os resultados experimentais forneceram também subsídios para definir o controle do sistema, mostrando como deve ser o controle de carga das baterias e a inserção da corrente fornecida pelo gerador hidrelétrico. Enfim, foram estabelecidas diretrizes para o dimensionamento de aproveitamentos hidrelétricos fotovoltaicos com base na aplicação da metodologia proposta para análise, além de ter sido avaliada de forma expedita a aplicabilidade desse tipo de sistema de geração no Estado. / This thesis purposes to establish the technical bases for component sizing of hydroelectric photovoltaic hybrid plants. In this sense, the operation and technical viability of a specific configuration of these plants were investigated with regard to the effects of different battery capacities or demand profiles, among others. The thesis deals with the question of complementarity between energy resources, evaluating the influence of different complementarity gradations between hydro and solar energies and describing this complementarity along the State of Rio Grande do Sul. The studied system consists of two plants, a hydroelectric and a photovoltaic, operating in parallel to supply the consumers. The performance was investigated from the proposition of an analysis methodology, based on an energetic balance with idealized resources availability, resulting into a comparison parameter (a supply failure index). The data idealization allows to investigate the influence of each parameter, filtering off another effects (as climatic conditions). The complementarity effects were evaluated from the proposition of adimensional mathematical indexes. Expected tendencies, like an increase of failures due to smaller battery capacities and smaller time complementarity, or a decrease due to demand profiles with peak of demand concentrated at noon, were confirmed by the computational simulations, as well as how small variations of battery dimension, of installed hydro power and of photovoltaic area affects the system performance were also demonstrated by these simulations. The simulation with real meteorological data and an experimental simulation provides an evaluation of the adherence of idealizations with reality. In both cases, there was a strong qualitative similarity between results, showing the influence of climatic conditions and other factors on the system performance. The experimental tests were performed at Laboratório de Energia Solar, Escola de Engenharia, and at Laboratório de Ensino de Hidráulica, Instituto de Pesquisas Hidráulicas, in this University. The laboratory experiments results in information to define the control of the system, showing how to control the charge of batteries and how to insert the hydro power into the dc bus. Finally, technical bases for sizing methodology of hydro photovoltaic plants were established, based on the analysis methodology proposed. The aplicability of these kind of energy system was also evaluated.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-08-03T13:00:06Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2422772 bytes, checksum: dac50e169f6ff42aa070e2e7f57d2d75 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-03T13:00:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2422772 bytes, checksum: dac50e169f6ff42aa070e2e7f57d2d75 (MD5) Previous issue date: 2017-07-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O sistema elétrico está sujeito a falhas que podem provocar interrupções não programadas no fornecimento de energia elétrica aos consumidores. Deste modo, é de grande importância entender os problemas associados a estas interrupções, bem como os custos a eles associados. As concessionárias de distribuição de energia elétrica conhecem muito bem os custos diretos associados a estas interrupções. Porém, quando analisado no ponto de vista do consumidor a energia elétrica é insumo básico. Assim é necessário o conhecimento do valor da interrupção no fornecimento de energia elétrica e formas alternativas de evitar essas falhas e poder aumentar a confiabilidade energética e diminuir o valor pago pelas perdas elétricas. A matriz elétrica brasileira passou por mudanças notáveis ao longo do tempo, com uma redução no uso de fontes renováveis e um aumento no uso de combustíveis fósseis para geração de energia elétrica, aumentou as emissões de gases de efeito estufa (GEE). O aumento de GEE afeta a temperatura e reduz a qualidade de vida. Desta forma, é necessária uma intervenção do governo por meio de políticas públicas eficientes para promover o uso de fontes renováveis na geração de energia elétrica. Uma política que mostrou resultados positivos é o Feed-In Tariff (FIT). As políticas FIT são conhecidas em todo o mundo e são usadas por muitos países, incluindo a Alemanha, uma nação de referência com relação a potência instalada de energia solar fotovoltaica no mundo, o Japão e a China que vem aumentando constantemente seu potencial fotovoltaico, além da Austrália e a Espanha que possuem uma grande potência instalada de energia solar fotovoltaica e tiveram alguns problemas nas políticas de promoção a essa fonte de energia renovável. O Brasil está progredindo lentamente no campo das energias renováveis, mas a maioria da geração está longe dos consumidores. Isso leva a perdas em sistemas de transmissão, que podem ser minimizados por estimular a geração de energia em unidades de pequeno porte perto dos centros de consumo, como por meio do sistema fotovoltaico. A FIT é uma das políticas mais significativas para promover a geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis no mundo, especialmente a energia solar fotovoltaica. O FIT pode ajudar a reduzir o uso de combustíveis fósseis que são crescentes no Brasil, diminuindo as emissões de GEE e auxiliando as distribuidoras na redução do pagamento de multas referentes a qualidade da distribuição de energia, tendo uma geração mais próxima dos consumidores. / The electrical system is subject to faults that can cause unplanned interruptions in the electricity supply to consumers. In this way, it is of great importance to understand the problems associated with these interruptions, as well as the associated costs. The electricity distribution companies are well aware of the direct costs associated with these interruptions. However, when analyzed from the point of view of the consumer, the situation is much more complicated for the consumer, electric energy is basic input. Thus, it is necessary to know the value of interruption in the supply of electricity and alternative ways of avoiding these faults and to be able to increase the energy reliability and decrease the amount paid for the electrical losses. The Brazilian electrical matrix has undergone notable changes over time, with a reduction in the use of renewable sources and an increase in the use of fossil fuels for electric power generation, increased greenhouse gas (GHG) emissions. The increase in GHG affects the temperature and reduces the quality of life. In this way, government intervention is necessary through efficient public policies to promote the use of renewable sources in the generation of electric energy. One policy that has shown positive results is the Feed-In Tariff (FIT). FIT policies are known around the world and are used by many countries, including Germany, a reference nation in relation to the installed solar photovoltaic power in the world, Japan and China has been steadily increasing its photovoltaic potential, as well as Australia and Spain that have a large installed capacity of photovoltaic solar energy and had some problems in the policies of promotion to this source of renewable energy. Brazil is slowly progressing in the field of renewable energy, but most of the generation is far from consumers. This leads to losses in transmission systems, which can be minimized by stimulating power generation in small units near consumption centers, such as through the photovoltaic system. FIT is one of the most significant policies to promote the generation of electricity from renewable sources in the world, especially photovoltaic. FIT can help reduce the use of fossil fuels that are growing in Brazil by reducing GHG emissions and helping utilities reduce the payment of fines related to the quality of energy distribution, with a generation closer to consumers.

Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2012

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Com o crescente aumento na demanda de sistemas fotovoltaicos no mundo, torna-se cada vez mais importante uma correta e eficaz caracterização de módulos fotovoltaicos. A caracterização elétrica de tais dispositivos fotovoltaicos passa pela determinação da curva I-V na condição padrão e por outros parâmetros, que permitem qualificar o módulo e avaliar seu desempenho em diferentes condições de operação. Entre estes parâmetros estão a resistência série (RS), resistência paralela (RP), corrente de saturação reversa (I0) e o fator de idealidade do diodo (m). Convencionalmente a determinação destes parâmetros exige vários ensaios sob iluminação natural o que torna os procedimentos extremamente dependentes das condições climáticas. Por outro lado, para a correção das curvas I-V medidas em diferentes condições para a condição padrão de ensaio é necessária a determinação de coeficientes que descrevem a variação da corrente de curto-circuito e da tensão de circuito aberto com a temperatura, respectivamente () e ( ). Para obter estes coeficientes são necessários muitos ensaios com o módulo fotovoltaico sob a luz solar, sendo que vários parâmetros atuam simultaneamente, o que dificulta o isolamento da influência de cada um. Trabalhando com as equações que regem o comportamento de um gerador fotovoltaico, é possível verificar que esses parâmetros, com exceção de  podem ser determinados a partir de ensaios sem iluminação. Este trabalho apresenta os resultados da pesquisa realizada no Laboratório de Energia Solar da UFRGS para a determinação de I0, m e RS para módulos fotovoltaicos de silício cristalino, além do coeficiente de variação da tensão de circuito aberto com a temperatura ( ), obtidos através de curvas características no escuro. Os resultados obtidos para a determinação de foram comparados com ensaios sob iluminação natural, apresentando boa concordância com os mesmos. Os parâmetros encontrados a partir da análise de curvas I-V sem iluminação foram usados para a elaboração de curvas teóricas segundo o modelo exponencial de um diodo. Posteriormente essas curvas teóricas foram então superpostas a outras determinadas sob iluminação natural e a concordância pode ser considerada muito boa. Foi também realizada uma comparação do método aqui utilizado para a determinação da resistência série com a metodologia proposta pela norma ABNT e com o “método da pendente” de maneira que foi possível verificar a eficácia e confiabilidade do método proposto. / The number of photovoltaic solar energy installations is increasing for different applications in the world. Thus, it is very important to completely and accurately characterize the photovoltaic (PV) modules. In order to determine the electrical performance of a photovoltaic module, it is indispensable to determine the current-voltage characteristic curve (I-V), as well as to find the parameters required to transpose this curve to any climatic condition. Usually the determination of these parameters, such as series resistance (RS), shunt resistance (RP), reverse saturation current (I0) and diode ideality factor (m), require several tests under natural sunlight which makes this determination very dependent of the meteorological conditions. Moreover to transpose the I-V curve from different temperatures conditions it is necessary the determination of the temperature coefficients of current () and voltage ( ). To determinate these coefficients, many tests are also necessary with the photovoltaic module under the solar radiation, where several coefficients and parameters act simultaneously which makes difficult the isolation of the influence of each one. Analyzing the equations that govern the electrical behavior of a PV module, it is possible to verify that some of these parameters and coefficients can be obtained from I-V curves measured under dark conditions. This work presents the results from the research developed in the Laboratório de Energia Solar of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) for the determination of I0, m and RS for crystalline silicon modules and the determination of coefficient from characteristic curves measured in dark conditions. The values for  obtained through dark measurements were compared with tests under solar radiation. The parameters determined from the study of dark I-V curves were used to plot theoretical I-V curves according to the one-diode model. Furthermore the I-V curves measured under solar radiation were compared to theoretical curves elaborated with the determined parameters resulting very good agreement. In this work the methods, proposed and the ABNT method, to determination of the series resistance, were compared in order to improve the proposed method of this work.

O uso da energia solar fotovoltaica tem aumentado muito nos últimos anos. principalmente em países onde políticas governamentais de incentivo desempenharam um papel fundamental neste processo. No Brasil. embora a realidade ainda esteia longe de países como a Esnanha ou a Alemanha. pode-se afirmar aue o uso desta tecnologia apresenta um grande potencial de aumento para os próximos anos. Desta forma uma metodologia confiável e de fácil aplicacão Para a caracterizacão de módulos fotovoltaicos é um tema de grande importância. Para a análise do desempenho elétrico de um módulo fotovoltaico é imprescindível a determinacão da curva (I - V) de corrente e tensão denominada curva característica. Através desta curva é possível obter imnortantes informacões sobre as características elétricas do gerador fotovoltaico como a corrente de curto circuito f/scl. a tensão de circuito aberto (Vo cl e o ponto de máxima potência (PM). A determinacão desta curva. de acordo com as normas técnicas deve ser realizada dentro de condicões específicas de temperatura. irradiância incidente e espectro de radiacão solar. Fora desta condicão padrão. aue muitas vezes é dificil de ser obtida. a curva precisa ser corrigida ou transladada sendo então necessário a aplicacão de algum método de translacão. Outro fator importante na caracterizacão de um módulo é a renresentacão matemática de sua curva característica. Esta renresentacão é feita de acordo com modelos aue possuem parâmetros a serem determinados experimentalmente experimentalmente. Entretanto. modelos aue podem ser úteis para módulos de silício cristalino. por exemplo. podem não servir para módulos de filmes finos. Este trabalho apresenta uma Proposta de metodologia para a caracterizacão elétrica de módulos fotovoltaicos de diferentes tecnologias. É apresentado um estudo completo. desde a técnica de aauisicão da curva I-V até o pós-Processamento da mesma. Para a determinacão das curvas características foi desenvolvido um eauinamento de grande velocidade e precisão para aauisicão de dados. além da construcão de um gabinete refrigerado cuia base é apoiada em um sistema aue permite a variacão do ângulo azimutal. Foi realizado um estudo da utilizacão deste gabinete para ensaios com módulos fotovoltaicos e um estudo do comportamento térmico do mesmo. Na presente Tese foi também realizado um estudo para a determinacão dos parâmetros matemáticos aue descrevem a curva I-V de acordo com três métodos diferentes. relativos aos modelos de um e dois diodos. dos auais um foi proposto nesta Tese. O método proposto foi o aue apresentou os melhores resultados. embora tenha apresentado uma complexidade na anlicacão maior do aue os outros dois métodos. Um estudo da translacão da curva para diferentes condicões de temperatura e irradiância utilizando auatro diferentes métodos também foi realizado. Dentre esses métodos foram analisados os procedimentos sugeridos nelas brasileira e americana. Após o estudo de curvas de diversas tecnologias de módulos fotovoltaicos. ficou constatado aue em média o método da norma brasileira apresenta os melhores resultados. A metodologia para caracterizacão elétrica aaui proposta foi testada em módulos de diferentes configuracões e tecnologias. incluindo módulos de filmes finos e híbridos. / The use of nhotovoltaic solar enerav has increased considerablv in the last vears. mostiv in countries in which eovemmental support nlaved an effective role. Althouah the realitv in Brazil is still verv far from countries such as Snain or Germano. it is nossible to forecast that the use of PV technoloey will arow in the next vears. Thus. the develonment of methodoloav. both reliable and of easv arolication. for PV module characterization renresents a verv imnortant issue. In order to determine the electrical performance of a nhotovoltaic module. it is indisnensable to determine the current-voltaae curve (I-V). known as characteristic curve. From the I-V curve it is nossible to obtain imnortant information about the electrical characteristics of a PV generator such as the short-circuit current (ISC) the onen circuit voltaee Wocl and the maximum power noint (PM). The determination of an I-V curve. accordine to the standards shall be nerformed in snecific conditions of module temperature incident irradiance and solar soectral radiance distribution. In the case of a curve measured in a non standard condition. which is often difficult to obtain. it is necessarv to annly a correction or translation method. Other imnortant factor related to characterization of a PV module is the mathematical representation of its I- V curve. This renresentation is nossible bv means of mathematical models with narameters that must be experimentally determined. However. some models which are suitable for crvstalline silicon. for example. mav be not to be for thin films technoloaies. This work oresents a proposal of methodoloav for the electrical characterization of nhotovoltaic modules. It is nresented a complete studv. from the I-V curve measurement techniaue to the post-processine of data. For the determination of these curves a verv fast and accurate sustem was built. A chamber with internai temnerature control was also built. This chamber stands on a rotatorv base which makes nossible to varv the azimuthal anele alone the dav. It was nerformed a studv on the use of this chamber in nhotovoltaic module tests and a studv of the chamber's thermal behavior. In this Thesis it was also nerformed a comoarative analvsis of three different methods accordina the sinale and double diode models for mathematical descrintion of I-V curves. One method based on the double diode model was develoned. and this one had the best results amona the three methods. The translation of the characteristic curve to different temnerature and irradiance conditions. bv means of four methods. was also studied. Among these methods were analvzed those nronosed bv the Brazilian and American standards. After the studv of several curves of different PV modules technologies it was concluded that. in average. the Brazilian standard has the best results. The nronosed methodologv for electrical characterization was annlied in different configurations and technologies modules. including thin films and hvbrids.

A conversão de radiação solar em energia elétrica por sistemas fotovoltaicos tem se intensificado nos últimos anos. Em sistemas autônomos ou conectados à rede elétrica, a estrutura de instalação dos módulos fotovoltaicos é geralmente fixa e com inclinação igual à latitude local. Uma importante parcela de instalações está utilizando seguidores solares de um ou dois eixos e apresentam um aumento significativo na produtividade do sistema. Este trabalho descreve a montagem de um seguidor solar azimutal (eixo vertical móvel) aplicado a módulos fotovoltaicos e compara a produção energética do mesmo com um sistema fixo. Os parâmetros monitorados para comparação foram: corrente fotogerada pelo sistema fixo e móvel, irradiância sobre o conjunto fixo e móvel, radiação global e temperatura dos módulos. Ambos os sistemas foram montados com inclinação igual à latitude local (30°). O ganho energético com a utilização do seguidor azimutal chegou a 24% em dias de céu parcialmente limpo, quando ocorre alto índice de radiação direta. O seguidor solar foi desenvolvido no Laboratório de Energia Solar da UFRGS, incluindo parte mecânica e controle eletrônico (hardware e software) do equipamento. O seguimento solar é realizado a cada 15 minutos (3,75°), um sensor óptico com haste de sombreamento determina se o conjunto está voltado para o Sol. A posição de retorno (leste) no final do dia, ½ dia (norte) e final de curso (oeste) é determinada por sensores magnéticos. O aumento de produtividade alcançado pelo conjunto com seguimento solar em períodos fora do central (das 11h às 13h) chegou a 38% em relação ao fixo. Foi utilizado um conjunto de equações para gerar curvas teóricas de irradiância sobre um plano inclinado fixo ou móvel a partir da radiação global horizontal medida. Os resultados foram comparados com curvas de irradiância geradas a partir de medidas feitas por células de referência mostrando concordância. / The conversion of solar radiation into electricity by photovoltaic systems has been intensified in the last years. In stand-alone or grid-connected systems, the structure of installation of photovoltaic modules is generally fixed and with an inclination equal to the local latitude. A significant number of installations are employing solar tracking along one or two axes with significant increase in the productivity of the system. This work describes the development of an azimuthal solar tracker (vertical axis mobile) applied to photovoltaic modules and compares its production of energy with a fixed system. The monitored parameters in both systems were electric current, horizontal and tilted irradiances, as well the temperature of the PV modules. Both systems were installed with an inclination equal to local latitude (30°). The energy gain with the use of azimuthal tracker reached 24% in days of partially clear sky, when there is a high rate of direct radiation. The solar tracker was developed at the Laboratório de Energia Solar at UFRGS, including the mechanical and electronic control (hardware and software) equipment. The tracking is performed at every 15 minutes, corresponding to 3.75°. An optical sensor determines whether the set is falling to the Sun. The return position (east) at the end of the day, noon (north) and end of course (west) is determined by magnetic sensors. The productivity increase reached by the sun tracker along tracking periods outside the central hours (11h to 13h) reached 38% in relation to the fixed system. A set of equations were used to generate irradiance curves on a theoretical plane, fixed or mobile, from the measured global horizontal radiation. The theoretical results agree with curves of irradiance obtained from measurements made with reference cells.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:55:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327709.pdf: 18363073 bytes, checksum: 5ee739091da6f76f40e27c97dd2a3e0e (MD5) Previous issue date: 2013 / Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia para análise de retorno do investimento para Sistemas Fotovoltáicos (FV) Conectados à Rede e Integrados à Edificação (Sistemas FV-CRIE) instalados no Brasil. A metodologia desenvolvida considera diversos cenários e condições, permitindo assim variações: (1) na irradiação solar incidente no plano dos módulos FV, (2) no percentual da energia FV gerada que é injetada na rede elétrica pública, (3) no valor do investimento inicial, (4) nos custos ao longo dos 25 anos de operação do sistema e (5) na taxa de aumento anual considerada para a tarifa de energia elétrica cobrada do consumidor em análise. Na metodologia desenvolvida, as análises de fluxo de caixa são feitas na base mensal, e são também considerados na base mensal tanto a geração do sistema FV-CRIE quanto o consumo da edificação á qual o sistema está integrado. Para todas as condições e cenários estabelecidos na metodologia, sãoo calculados o valor presente líquido (VPL), a taxa interna de retorno (TIR) e o tempo de retorno do investimento. Neste trabalho são apresentados também os resultados da aplicação desta metodologia a sistemas FV-CRIE teóricos, instalados em residências unifamiliares em cada uma das 27 capitais brasileiras, com análises mais profundadas para Florianópolis (SC) e Belo Horizonte (MG). Observou-se um grande impacto da redução na tarifa residencial de jan.2013 (no mínimo 18% para todas as capitais, com exceção de Macapá-AP) sobre a viabilidade econômica dos sistemas FV-CRIE, e um impacto bastante considerável também pela cobrança de impostossobre a energia gerada pelo sistema FV-CRIE que seja injetada na rede elétrica de distribuição. Considerando os valores atualmente mais realísticos para o investimento inicial, os custos variáveis e os custos evitados (pela redução no consumo de energia da rede elétrica), chegou-se á conclusão de que, na condição e cenário considerados também como mais realísticos, o retorno do investimento é excessivamente longo para todas as 27 capitais, considerando um sistema FV-CRIE de 1 kWp e consumo de 250 kWh/mês. Caso não houvesse a cobrança de impostos sobre a energia injetada na rede elétrica de distribuição, o investimento em sistemas FV-CRIE seria atualmente viável para 12 capitais.<br> / Abstract : This work develops a methodology for analyzing return on investmentfor Building Integrated Photovoltaic (PV) systems connected to the grid(BIPV systems) installed in Brazil. The methodology considers dierentscenarios and conditions, thus allowing variations in: (1) the solarradiation incident on the plane of the PV modules, (2) the percentageof PV generated that is injected into the public grid, (3) the value ofinitial investment, (4) costs over the 25 years of operation of the systemand (5) the annual increase rate for the tari charged to the kind ofconsumer considered. In this methodology, the analysis of cash owis made on a monthly basis, and also considered on a monthly basisare both the generation of the BIPV system and the consumption ofthe building to which the system is integrated. For all conditions andscenarios selected, the net present value (NPV), internal rate of return(IRR) and the payback time of the investment are calculated. Thiswork also presents the results of applying this methodology to BIPVsystems installed in single-family homes in the main city of each FederalState of Brazil (27 cities total), with further analysis to Florianopolis(SC) and Belo Horizonte (MG). It was observed a large impact in thereduction of residential taris in Jan.2013 (at least 18%) on the economicviability of BIPV systems. Charging taxes on energy generated by thePV system, which is injected into the distribution grid was also foundto lead to a considerable impact. Under the values currently inplace forthe initial investment, variable costs and avoided costs (by reducing theconsumption from the utility power), the conclusion is that the returnon investment is excessively long for all 27 cities, considering a 1 kWpBIPV system and a residential consumption of 250 kWh/month. If therewas no taxation of the energy injected into the grid, investment on BIPVsystems would be already viable for 12 capitals.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-11-21T03:19:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348629.pdf: 4616570 bytes, checksum: 93520b4b69481d34326cb4df3c962a7c (MD5) Previous issue date: 2017 / O consumo de energia elétrica residencial representa quase um terço de toda a energia gasta no Brasil, tornando-se um nicho importante para a tecnologia fotovoltaica. Um investidor residencial que queira investir na geração fotovoltaica, precisa ter certeza que o seu capital terá um retorno financeiro comparável com qualquer investimento, ao mesmo tempo em que tarifas de energia elétrica e preços dos componentes fotovoltaicos flutuam de maneira imprevisível. A escolha de cinco cidades, no território brasileiro, onde instalar sistemas fotovoltaicos, oferece parâmetros de comparação que validam o método de análise, identificando localidades com resultados excelentes e outras com pouco interesse. Esta tese quantifica os fatores financeiros que caracterizam o investimento, propondo um fator de interesse ? FI, como relação entre tarifa de energia elétrica e o custo nivelado de produção - LCOE, mostrando que, quando o FI for maior que dois, o retorno financeiro do investimento atende as expectativas do investidor. A rentabilidade do investimento está atrelada aos valores das tarifas da energia, à irradiação e ao valor do capital investido. Variações negativas de 10 % das tarifas podem significar perdas de interesse a investir, assim como variações negativas de 10 % do capital investido podem reverter e tornar interessante o investimento. / Abstract : The consumption of electrical energy by residences represents almost a third of the total in Brazil, representing an important niche to be developed. A residential investor willing to invest in photovoltaic generation, seeks a financial return which is comparable with any other investment, while the energy tariffs and photovoltaic components prices are fluctuating unpredictably. The choice of five cities, in the Brazilian territory, to install photovoltaic systems, gives comparison parameters that validate the analysis model, identifying locations with excellent results and other with poor interest. This thesis quantifies the financial factors that characterize the investment, proposing a Factor of Interest ? FI, as a relationship between the tariff of the grid energy and the Levelized Cost of Energy - LCOE, showing that when FI is greater than two, the financial return of the investment fulfills the investor?s expectations. The return on the investment varies in accordance to the energy tariff, the local irradiation and the invested capital. Decrements of 10 % on the tariffs may result in loss of interest for the investment, as well as decrements of 10 % on the initial capital may revert and make the investment interesting.