Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-11-21T03:20:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348638.pdf: 2792220 bytes, checksum: bacfa4783ce894c00d0ad6c420d77fa4 (MD5) Previous issue date: 2017 / Este trabalho aborda a avaliação técnica (utilizando figuras de mérito, como Yield, Performance Ratio e Fator de Capacidade) e econômica (utilizando o custo da energia fotogerada, ou Levelized Cost of Energy - LCOE) de uma usina solar fotovoltaica de 2 MW a ser instalada no município de Jaguari-RS, comparando duas diferentes tecnologias de módulos fotovoltaicos (silício multicristalino e filmes finos de telureto de cádmio) e três diferentes sistemas de fixação (estacionário, seguidor de um eixo e seguidor de dois eixos), totalizando seis diferentes topologias. Os resultados de desempenho dos sistemas foram obtidos através de simulações realizadas pelo software PVSyst, utilizando dados históricos armazenados em bancos de dados e confrontados com dados meteorológicos medidos, coletados ao longo de um ano. Com os resultados das simulações foram feitas análises técnicas a fim de avaliar o desempenho de cada uma das seis topologias propostas, onde o sistema fixo com tecnologia de silício multicristalino se sobressaiu ao apresentar maior densidade energética (114,5 kWh/m²), com um Yield anual de 1575 kWh/kWp; porém, o sistema seguidor de dois eixos com a tecnologia de telureto de cádmio apresentou a maior Yield anual de energia (2.035 kWh/kWp). Posteriormente, foi feita uma análise econômica através de estimativas de custos dos sistemas (?turn-key?), onde os dados econômicos foram avaliados juntamente com os dados técnicos e, como resultado, foi obtida a melhor topologia a ser utilizada a partir dos cenários criados neste estudo de caso. Como resultado, diante dos cenários apresentados, o sistema seguidor de um eixo com tecnologia de silício multicristalino se mostrou a mais viável economicamente, apresentando o menor LCOE. / Abstract : This work addresses the technical (using performance parameters such as Yield, Performance Ratio and Capacity Factor) and economic (using the Levelized Cost of Energy - LCOE) evaluation of a 2 MW photovoltaic solar power plant to be installed in the municipality of Jaguari-RS, comparing two different technologies of photovoltaic modules (multicrystalline silicon and thin-film cadmium telluride) and three different mounting systems (stationary, single axis tracker and two axes tracker), totalizing six different topologies. The performance results of the systems were obtained through simulations performed by the PVSyst software, using historical data stored in databases and confronted with measured meteorological data collected over a year. With the results of the simulations, technical analyses were performed to evaluate the performance of each one of the six proposed topologies. The stationary system with p-Si technology performed better than the others, because it presented more energy per occupied area (114,5 kWh/m²) with 1575 kWh/kWp as annual Yield . On the other hand, the double axis tracking system using CdTe technology presented the biggest annual Yield (2.035 kWh/kWp). Subsequently, an economic analysis was carried out through system cost estimates ("turn-key"), where the economic data were evaluated together with the technical data and the best topology to be used was obtained from the scenarios created in this case study. As a result, considering the created scenarios, the single axis tracking system with p-Si technology performed the best LCOE values.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-12-01T03:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334856.pdf: 7562912 bytes, checksum: 10890173e9e0978d57943afb35c35481 (MD5) / Este trabalho avalia a situação de sistemasFVconectados à rede (SFVCR) no país e também o desempenho de uma amostra de dez desses sistemas, analisando dados de irradiação solar e geração FV. Para cada sistema, é estudada a taxa de desempenho (PR, de performanceratio), comparando valores de irradiação solar obtidos através de cinco diferentes bancos de dados com os valores obtidos de medições (através de piranômetros ou células de referência) in loco ou próximas ao SFVCR analisado. Através dos resultados, foram calculados os valores das diferenças existentes entre bancos de dados de irradiação e a variabilidade interanual dos valores medidos. Através dos dados de geração, é feito o cálculo de produtividade energética (yield) de cada sistema e comparado o desempenho interanual (2012-2013), além de simular a geração FV com diferentes bancos de dados de irradiação e confrontar com valores reais de energia gerada por cada SFVCR. Por fim, pretende-se, demonstrar a importância do estudo de irradiação solar para as diferentes situações de empreendimentos solares FV, tanto em micro e minigeração de energia quanto em grandes usinas.<br> / Abstract : This study evaluates the current state of Brazilian grid-connected photovoltaic (PV) systems (Portuguese acronym: SFVCR), and also assesses the performance of a sample of ten of these systems by analyzing collected solar irradiance and PV generation data. For each system, the performance ratio (PR) was studied, by comparing solar irradiance values obtained from five different databases with values obtained from measurements taken at or near the system site by pyranometers or reference cells. The differences between measured insolation and the irradiation databases were calculated, as was the interannual variability of the measured values. The insolation measurements, together with the power generation data, allowed the systems energy yields to be compared year over year (2012 to 2013), as well as to the predictions obtained by simulating PV generation with irradiation data from the databases. The results further demonstrate the importance of careful solar irradiation studies in the planning of PV projects ranging from micro- and mini-generation to large power plants.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:04:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337908.pdf: 10897012 bytes, checksum: 86aa71fac71c8bf0f9cdecc1b32debe4 (MD5) Previous issue date: 2015 / Neste trabalho são estudadas técnicas aplicadas ao controle de um sistema fotovoltaico obtido a partir da integração de conversores CC-CC elevadores de tensão conectados a um barramento CC comum e projetados para processar até 2 kW. A estratégia adotada permite duas possibilidades: na primeira, cada conversor é individualmente controlado para funcionar como rastreador do ponto de máxima potência (MPPT) e, na segunda, o controle é realizado de modo que os conversores mantenham, de forma compartilhada, a tensão do barramento CC regulada. Para alcançar tais objetivos, inicialmente apresenta-se uma proposta de modelagem matemática experimentalmente validada, aplicada a módulos e a arranjos fotovoltaicos. Os modelos obtidos possibilitam reproduzir as condições típicas de geração do sistema fotovoltaico, fortemente dependentes das condições ambientais, em plataformas de simulação. Além disso, métodos de rastreamento do ponto de máxima potência recorrentes na literatura são revisitados, com destaque à implementação prática daqueles cuja operação está baseada na medição ou na estimação de temperatura de superfície do gerador fotovoltaico: MPPT-temp e MPPT-temp Voc. É também realizada uma análise de estabilidade do sistema fotovoltaico proposto, utilizando-se como ferramenta os critérios de Middlebrook, de margem de ganho e de ganho de fase, com o intuito de averiguar como o paralelismo de conversores pode degradar a estabilidade do barramento CC. Finalmente, resultados provenientes de simulação e de experimentação são apresentados e discutidos, considerando-se os diversos cenários de operação.<br> / Abstract : This work evaluates some techniques applied to control a photovoltaic system obtained from the integration of DC-DC boost converters, which are connected to a common DC link and designed to process up to 2 kW. The adopted strategy enables two possibilities: at the first one, each converter is singly controlled for working as a maximum power point tracker (MPPT); and at the second, the control is accomplished in order to allow the common DC link voltage regulation. In order to reach the final proposal, it is presented a mathematical model for photovoltaic modules and arrays which was experimentally corroborated. The obtained models permit to simulation photovoltaic modules and arrays, taking into account the environmental effects at the output voltage, current and power. Furthermore, the most frequently used MPPT algorithms are discussed, mainly that ones based on the temperature or on its estimation at the surface of the photovoltaic module: MPPT-temp and MPPT-temp Voc. In addition, a stability analysis for the photovoltaic system was carried out through the criteria of Middlebrook, gain margin and phase margin, in order to find out how the link DC is degraded due to the integration of parallel converters. Finally, the simulation and experimental results are presented and discussed in accordance with the multiplicity of operational settings.

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.

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.

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.

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.

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.

En el Perú, la electrificación de zonas rurales se ha intensificado debido a programas de electrificación rural elaborados por el Estado y otras entidades no gubernamentales. Sin embargo, hoy en día existen comunidades rurales cuya demanda de potencia en los hogares es cubierta ineficientemente con el uso de baterías de 12 voltios, lo cual genera racionalización del uso de sus artefactos eléctricos, así como los priva de un crecimiento sostenible a nivel socio-económico. Dichas baterías, mayormente de plomo-ácido, son cargadas mediante proveedores externos, lo que causa una dependencia a este servicio e incurre en gastos mensuales mayores a los que ellos demandarían si utilizaran un sistema de recarga fotovoltaica propia. El presente trabajo tomó como muestra a la comunidad de Micaela Bastidas, ubicada al norte del departamento de Lima en la provincia de Barranca, debido a su alto coeficiente de irradiación solar. Se realizó el diseño de un cargador de baterías de 12 voltios para ser utilizado con un panel fotovoltaico y así facilitar la recarga de la misma. Se seleccionaron los componentes adecuados para su diseño, además del panel fotovoltaico y la batería a utilizar, para satisfacer, de manera personalizada, la demanda de potencia promedio a consumir por cada familia de dicha localidad. Se realizaron satisfactoriamente las simulaciones de dicho cargador, con lo que se obtendría una carga óptima de la batería y se prolongaría su vida útil. Por último, en el análisis de costos, se realizó la simulación de venta de un sistema fotovoltaico, por familia, en la comunidad de Micaela Bastidas. Se concluyó que los dos valores agregados principales que sostendrían la competitividad del producto, a nivel nacional, serían: la personalización del diseño del cargador y dimensionamiento del panel fotovoltaico y la batería, según la máxima demanda de potencia promedio actual o futura del usuario, y el suministro de un servicio de asesoría técnica de capacitación y mantenimiento del sistema. / Tesis