CASTRO, L. A. Projeto de conversor CC/CC Z-source aplicado ao sistema fotovoltaico interligado a uma microrede CC. 2016. 116 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-04-27T15:40:09Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_lacastro.pdf: 4837326 bytes, checksum: 51f1318f3d5170bb4cf2d53e4a805bb0 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-04-29T17:43:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_lacastro.pdf: 4837326 bytes, checksum: 51f1318f3d5170bb4cf2d53e4a805bb0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-29T17:43:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_lacastro.pdf: 4837326 bytes, checksum: 51f1318f3d5170bb4cf2d53e4a805bb0 (MD5) Previous issue date: 2016-04-15 / This work proposes study and implementation of a DC/DC Z-source converter operating in continuous conduction mode (CCM); It is applied to a photovoltaic system connected to a DC microgrid; aiming to inject the electricity supplied from PV array; To this end; the PV array is connected to the input of Z-source converter; which rises from 167V to 400V and injects the output current at the DC bus; using maximum power point tracking techniques (MPPT); The prototype implemented in the laboratory was developed for 1;38 kW output power; with the possibility to be fed either by a DC current source or DC voltage source; which does not happen with traditional converters (Buck; Boost; etc); The average efficiency achieved yield of 94%; As for the electric power processing from renewable sources; two heuristic methods were tested: Perturbe and Observe (P&O) and Conductance Incremental (IC); The average efficiency of the prototype; using the P&O technique in tracking maximum power was 79;9%; while using the second technique (IC) the average efficiency was a 82;5% / O presente trabalho propõe o estudo e a implementação de um conversor CC/CC Z-source; operando em modo de condução contínuo (MCC); O mesmo é aplicado em um sistema fotovoltaico interligado a uma microrede CC; objetivando injetar a energia elétrica fornecida a partir de arranjo fotovoltaico;Para tal; o arranjo fotovoltaico é conectado na entrada do conversor Z-source; que a eleva de 167V para 400V e injeta a corrente de saída no barramento CC de 400V; utilizando técnicas de rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT); O protótipo implementado em laboratório foi desenvolvido para uma potência nominal de saída de 1;38 kW com possibilidade de ser alimentado tanto por uma fonte CC de corrente ou uma fonte CC de tensão; diferenciando-se dos conversores tradicionais (Buck; Boost; etc); O mesmo alcançou um rendimento médio de 94%; Quanto ao processamento de energia elétrica a partir de fontes renováveis; foram testados dois métodos heurísticos: Pertube e Observe (P&O) e Condutância Incremental (IC); A eficiência média do protótipo usando a técnica P&O no rastreamento da máxima potência foi de 79;9%; enquanto usando a segunda técnica alcançou-se uma eficiência de 82;5%

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

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

Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-05-08T19:17:45Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22741 bytes, checksum: 6d485fa57a2ebb95a6dd0efb0da258db (MD5) DISSERTAÇÃO_SínteseTrietoxissilanoPrecursor.pdf: 3401540 bytes, checksum: f22e00214acb0eaa50b8ec96be07eed5 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-05-14T19:31:35Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22741 bytes, checksum: 6d485fa57a2ebb95a6dd0efb0da258db (MD5) DISSERTAÇÃO_SínteseTrietoxissilanoPrecursor.pdf: 3401540 bytes, checksum: f22e00214acb0eaa50b8ec96be07eed5 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-14T19:31:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22741 bytes, checksum: 6d485fa57a2ebb95a6dd0efb0da258db (MD5) DISSERTAÇÃO_SínteseTrietoxissilanoPrecursor.pdf: 3401540 bytes, checksum: f22e00214acb0eaa50b8ec96be07eed5 (MD5) Previous issue date: 2014 / A crescente utilização de silício na indústria fotovoltaica e eletrônica vem aumentando a demanda pelo produto puro (silício grau solar e grau eletrônico), o silício puro é obtido normalmente do silício grau metalúrgico, que apresenta pureza em torno de 95%. O silício de alta pureza pode ser obtido a partir do monossilano (SiH4), o objetivo deste trabalho foi propor a obtenção de um precursor do monossilano por meio de uma rota química catalítica livre de cloros e cloretos, portanto mais limpa e consideravelmente menos danosa ao meio ambiente. Este processo inicia-se por uma síntese, uma reação catalisada, entre alcoóis e o Si-GM, resultando assim em substâncias chamadas de alcoxissilanos com fórmula geral Si(OR), onde “R” representa radicais orgânicos, como metila, etila, etc. Em uma segunda etapa, o alcoxissilanos, precursor do monossilano, também passa por uma reação catalisada, chamada desproporcionamento, ou seja, ocorre simultaneamente uma reação de oxidação e redução entre moléculas de uma mesma substância, os produtos gerados são então o tetra-alcoxissilanos e o SiH4. Primeiramente o Si-GM foi purificado pela lixiviação ácida, foram utilizadas partículas com tamanho médio de 60μm, inseriu-se o cobre como catalisador em amostras de silício lixiviado e não lixiviado por impregnação de via húmida e estas então foram ativadas por tratamento térmico a uma temperatura de 250°C e atmosfera de H2. No processo de síntese usou-se o etanol com reagente em um sistema de reator de leito fixo, foram avaliadas as influências da temperatura (250, 350 e 450°C), da composição química do silício (lixiviado e não lixiviado) e a proporção de catalisador (1,5%, 3,5% e 7% m/m). O processo de lixiviação ácida mostrou-se eficiente na remoção de contaminantes, chegando a uma pureza relativa igual a 99,96%. O TES não teria sido produzido no modelo aqui proposto, mas a presença do TEOS confirma que o sistema de leito pode ser uma alternativa de rota para esta síntese, também foi possível avaliar a viabilidade técnica do processo no que diz respeito ao reaproveitamento de resíduos. __________________________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: The silicon use at photovoltaic and electronics industry has growing (solar grade silicon and electronic grade) increased pure product demand. Pure silicon usually obtained from metallurgical grade silicon, which has purity around 95%. The high purity silicon can be obtained from monosilane (SiH4). This work aim was obtain a monosilane precursor through a catalytic chemical route free of chlorides and chlorines thus considerably cleaner and less environment damaging. This process starts by synthesis, a catalyzed reaction, between alcohols and GM-Si, resulting in substances called alkoxysilanes to formula Si(OR), where "R" represents organic radicals, such as methyl, ethyl, etc. In a second step, the alkoxysilane, monosilane precursor, also undergoes a catalyzed reaction, called disproportionation, i.e., a oxidation and reduction reaction occurs both between same substances molecules, products generated are then tetra-alkoxysilanes and SiH4. Si-GM was purified by acid leaching, an average particle size of 60μm were used, copper was inserted as catalyst in silicon samples leached and not leached by the wet impregnation and these were then activated by heat treatment at 250°C and H2 atmosphere. Ethanol was used in synthesis process in a fixed bed reactor system, temperature influences (250, 350 and 450 ° C), silicon chemical composition (not leachate and leachate) were evaluated also catalyst proportion (1.5%, 3.5% and 7% w/w). Leaching process has been successful in removing contaminants, reaching a relative purity equal 99.96%. The TES would not have been produced in model proposed here, but TEOS presence confirms that bed system can be a synthesis alternative route, it was also possible to evaluate process technical feasibility with respect waste reuse.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-25T18:30:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 313601.pdf: 4138516 bytes, checksum: 59e55a9c07eb3ddd5ac2b175a6a33af6 (MD5) / O presente trabalho apresenta uma análise teórica do fenômeno de transferência eletrônica (ET) para dois sistemas moleculares. Inicialmente é apresentada uma breve introdução sobre o processo de transferência eletrônica, seguida de uma descrição de seu papel em dispositivos fotovoltaicos orgânicos e poliméricos. Prossegue-se com uma descrição detalhada da teoria usada nesta dissertação e das diferentes técnicas computacionais utilizadas para realizar a propagação temporal de pacotes de onda eletrônicos em sistemas moleculares. Dois modelos físicos são investigados pelo formalismo. No primeiro caso apresenta-se uma análise do fenômeno de transferência eletrônica em um sistema doador-aceitador assistido por ponte: dois átomos de berílio atuam como o par doado-aceitador, para os quais a transferência é intermediada por uma estrutura molecular rígida (cadeia de polietileno) C17H36. Examinou-se as consequência para a transferência dos diferentes comprimentos de ligação que conectam doador e aceitador com a ponte, e a variação do número de unidades de etileno na ponte. Os cálculos demonstram a transição entre a transferência de carácter ôhmico e a super-trânsferência, em acordo com outros formalismos. O segundo modelo de estudo consiste de uma cadeia triatômica dinâmica idealizada para a investigação dos efeitos do movimento iônico sobre a dinâmica eletrônica. Fica evidenciado que em frequências nucleares baixas a dinâmica eletrônica é de carácter adiabático. Em contrapartida, frequências maiores conduzem à efeitos de carácter não adiabático.<br> / Abstract : This work presents a theoretical analysis of the electron transfer process for two types of molecular systems. It begins with a brief introduction about the electron transfer process, which is followed by a discussion about the relevance of the process to the operation of organic and polymeric photovoltaic devices. In the sequence, the relevant theory is explained in detail, particularly the computational methods that are used to time propagate electronic wavepackets in molecular structures. Two physical models are investigated with the formalism. In the first case, the analysis of the electron transfer mechanism is carried for a donor-acceptor system coupled by a bridge: two beryllium atoms act as the donor-acceptor pair, and the electronic transfer takes place through a rigid molecular structure (polyethylene chain) C17H36. The effects caused by changing bond lengths between donor/acceptor sites and the bridge as well as varying the number of ethylene units in the bridge were investigated. The calculations show a transition of the transfer behaviour from ohmic to super-exchange, in accordance with predictions made by different formalisms. The second model system consists of a tri-atomic dynamic chain, which is thought for studying the effects of the ionic motion on the electronic dynamics. The present study shows that the electronic dynamics is adiabatic at low nuclear frequencies whereas at high nuclear frequencies non-adiabatic effects arise.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T13:10:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338270.pdf: 203285788 bytes, checksum: 6ca03398fa02cd4cbc52da6a15993415 (MD5) Previous issue date: 2015 / O sistema fotovoltaico conectado à rede apresenta-se como uma alternativa promissora para a geração de energia elétrica próximo ao local do consumo, principalmente em um país com grande potencial de irradiação solar como o Brasil. No entanto, a aplicação dos sistemas fotovoltaicos nos centros urbanos pode ser prejudicada pela verticalização das cidades e consequente obstrução solar. Por essa razão, esta dissertação tem como objetivo avaliar níveis de irradiação solar em quatro edificações residenciais inseridas no contexto urbano. O uso de programas para simulação dos mapas de irradiação solar nas envoltórias dessas edificações e a estimativa de geração de energia elétrica através de painéis fotovoltaicos aplicados nessas superfícies fazem parte desta pesquisa de caráter exploratório. O processo para realização do método está dividido em quatro etapas e obedece à seguinte sequência: identificação das tipologias residenciais para os estudos de caso; análise da disponibilidade solar incidente nas envoltórias das edificações; quantificação do potencial de geração de energia; delimitação das áreas úteis nas envoltórias a partir do limite mínimo estabelecido de irradiação solar. Quatro diferentes edificações residenciais foram selecionadas, sendo uma residência com dois pavimentos e três edificações multifamiliares com alturas distintas com três, oito e treze pavimentos tipo de apartamentos. Os modelos foram desenvolvidos no programa Rhinoceros e simulados através do plug-in DIVA, que permitiu a quantificação de irradiação solar nas partes opacas desses edifícios através de mapas de irradiação. Os resultados, para a latitude considerada de 27o S, apresentaram a cobertura (plano horizontal) como a área com maior irradiação solar e com o menor tempo de equivalência entre o valor investido no sistema fotovoltaico e o valor que deixa de ser pago pela energia elétrica da concessionária. Porém, com a verticalização dos edifícios, as áreas de coberturas foram insuficientes para a atender à geração fotovoltaica desejada. As fachadas (plano vertical) com maior disponibilidade de área foram analisadas e, quando orientadas para logradouro, apresentaram uma menor interferência do entorno. A média anual de irradiação de todas as fachadas resultou nos quatro estudos de caso, valores entre 49% e 62% inferiores às médias anuais das coberturas. A delimitação das áreas úteis para geração fotovoltaica, identificadas neste trabalho como as áreas com irradiação solar superior a 679 kWh/m2/ano, desqualificou as fachadas com as orientações SE-S e S-SO para aplicação do sistema fotovoltaico. Os edifícios com dimensionamentos diferentes e não alinhados horizontalmente, mesmo com as fachadas obstruídas, representaram um percentual maior de áreas (úteis) favoráveis para geração de energia. As áreas úteis selecionadas para a residência e o edifício multifamiliar com três pavimentos constituíram apenas as áreas na cobertura (plano horizontal), pois já foram suficientes para geração de energia fotovoltaica desejada. No edifício multifamiliar com oito pavimentos, além da cobertura, fez-se uso do plano vertical de toda a fachada NE-L (frontal), e a geração de energia fotovoltaica correspondeu a 71% do consumo. Com esse caso, observou-se que a disposição dos painéis fotovoltaicos não precisa restringir-se aos pavimentos superiores. Em situações com a fachada limítrofe com logradouro, orientada entre Noroeste e Nordeste, os pavimentos inferiores também apresentaram as áreas úteis para geração fotovoltaica. Na maior edificação, com treze pavimentos, as áreas úteis selecionadas foram a cobertura e os cinco últimos pavimentos das orientações O-NO e N-NE, e com essa configuração passou a gerar energia fotovoltaica correspondente a 57% do consumo. Observou-se que a irradiação solar na envoltória das edificações sofre interferência direta do partido arquitetônico residencial adotado nos centros urbanos, e que é possível, com adequada aplicação de formas e disposições arquitetônicas (e urbanas), obter maiores benefícios da conversão fotovoltaica, aplicada ou integrada às edificações.<br> / Abstract : The photovoltaic system connected to the power grid is a promising alternative for electrical power generation near the consuming premises, especially in a country with great solar irradiation potential such as Brazil. However, the application of photovoltaic systems in urban centers can be impaired by the verticalization of cities, and its consequent solar obstruction. For this reason, this dissertation has as objective to evaluate the levels of solar irradiation in four residential buildings in an urban context. The use of simulation programs of solar irradiation in the surroundings of the buildings and the estimate of electrical power generation using photovoltaic panels applied to these surfaces are also part of this exploratory research. The process of execution of the method is divided in four stages, and follows the sequence: identification of the residential typologies for the case studies; analysis of solar incidence availability in the surroundings of the buildings; quantification of the power generation potential; delimitation of the useful area in the surroundings based on the minimal threshold determined for solar irradiation. Four different residential buildings were selected, being one residence with two floors and three multifamily buildings with different heights of three, eight and thirteen apartment-type floors. The models were developed with the software Rhinoceros, and simulated through the plug-in DIVA, which allowed the quantification of solar irradiation in the opaque areas of these buildings using irradiation maps. The results, for the considered latitude of 27o S, presented the rooftop (horizontal plane) as the area with the greatest solar irradiation, and with the least equivalent time between the value invested in the photovoltaic system and the value saved in payments for the electrical service utility. However, with the building verticalization, the rooftop areas were insufficient to meet the desired photovoltaic generation. The façades (vertical plane) with greater area availability were analyzed and, when oriented to street, presented less interference from the surroundings. The annual irradiation average from all façades resulted, in the four case studies, in values between 49% and 62% less than the annual averages of the rooftops. The delimitation of the useful areas for photovoltaic generation, identified in this work as the areas with solar irradiation greater than 697 kWh/m2/year, disqualified the façades with orientation SE-S and S-SW for photovoltaic system application. The buildings with different dimensionings, and not horizontally aligned, even with obstructed façades, presented a greater percentage of useful area favorable to power generation. The useful areas selected in the residence and in the multifamily building with three floors consisted only of the rooftop (horizontal plane), because they were already sufficient for the desired photovoltaic power generation. In the multi-family building with eight floors, besides the rooftop, the whole vertical plane of the NE-E (frontal) façade was used, and the photovoltaic power generation corresponded to 71% of the consumption. In this case, it was observed that the disposition of the photovoltaic panels does not need to be restricted to the upper floors.In situations with façades adjacent to patios, oriented between Northwest and Northeast, the lower floors also presented useful areas for photovoltaic generation. In the tallest building, with thirteen floors, the selected useful areas were the rooftop and the five highest floors with orientations W-NW and N-NE, and with this configuration the photovoltaic power generation corresponded to 57% of the consumption. It was observed that the solar irradiation in the surroundings of the buildings suffers a direct interference from the architectural standards adopted in urban areas, and that it is possible, with adequate application of architectural (and urban) forms and dispositions, to obtain greater benefits from the photovoltaic conversion, applied or integrated in the buildings.

Neste trabalho se realiza um estudo exploratório de uma simulação computacional em que há um sistema fotovoltaico interligado a rede de um ambiente climatizado e avaliam-se os efeitos e possibilidades de interação entre o sistema de condicionamento de ar e o sistema fotovoltaico na edificação. Utilizando a ferramenta de simulação computacional EnergyPlus, foram desenvolvidas duas linhas de análise para a aplicação fotovoltaica na edificação, a primeira que pretende minimizar o consumo elétrico anual e uma segunda que pretende aliviar o sistema elétrico no horário de pico observado para esta edificação, nas duas linhas de pesquisa também se estuda o efeito do sombreamento dos arranjos fotovoltaicos sobre a edificação. A declaração detalhada de materiais, superfícies de transferência de calor, zonas térmicas, equipamentos e horários de utilização compõem o estudo de caso de forma personalizada, buscando aproximar-se da realidade. Busca-se contribuir com o desenvolvimento de uma metodologia de análise de edificações com energia solar fotovoltaica através de simulações computacionais que possibilitam análises térmicas, energéticas e econômicas de edificações com sistemas fotovoltaicos. Este estudo serve de base e motivação a uma aplicação da energia solar fotovoltaica como promissora alternativa energética em edificações, e incentiva o desenvolvimento de meios que levem a tecnologia solar fotovoltaica a se tornar cada vez mais viável e presente no cenário energético das edificações. O trabalho exemplifica a atuação oportuna de sistemas fotovoltaicos com sistemas de refrigeração, e demonstra quantitativamente as vantagens da aplicação destes sistemas em edificações difundindo a aplicação da tecnologia solar fotovoltaica e a aplicação do software EnergyPlus como poderosa ferramenta de análise. / In this work it is realized an exploratory study of a computational simulation where it has a photovoltaic system connected to the net of a refrigerated environment and evaluates the effect and interaction possibilities between the conditioning system of air and the photovoltaic system in the building. Using the computational simulation tool EnergyPlus, two lines of analysis for the photovoltaic application in the construction were developed, the first one that intends to minimize annual electric consumption and the second that intends to alleviates the electrical system in the peak time observed for this building. The detailed declaration of materials, the heat transfer surfaces, zones, equipment and schedules of use compose the study of case and personalized form, searching to come close itself to the reality. It is desired to contribute with the development of a methodology of analysis of buildings with photovoltaic solar energy through computational simulations that make possible thermal, energy and economic analyses of constructions with photovoltaic systems. This study serves as a base and motivation to an application of the photovoltaic solar energy as promising energy alternative in buildings, and stimulates the development of ways that take the photovoltaic solar technology to become each more viable and present in the energy scene of the constructions. The work shows the opportune performance of photovoltaic systems with refrigeration systems, and quantitatively demonstrates the advantages of the application of these systems in constructions spreading out the application of the photovoltaic solar technology, and the application of EnergyPlus software as a powerful tool of analysis.

Foi realizado um estudo para analisar a distribuição de temperaturas entre as células de um módulo fotovoltaico e verificar a possível influência desta distribuição de temperaturas nos resultados de ensaios de características elétricas dos módulos. Teoricamente foram analisadas as principais características que justificariam diferenças de temperatura entre as células de um módulo fotovoltaico. Dentre estas características estão o posicionamento das células do módulo fotovoltaico, a quantidade de radiação solar que é absorvida pelas células, as condições ambientais, as propriedades dos materiais que compõem o módulo fotovoltaico e as condições de carga. Com base nestes resultados foi desenvolvido um programa computacional para realizar simulações considerando as condições ambientais como dados de entrada. No seu desenvolvimento foram realizados ensaios para ajustar as características associadas aos materiais do módulo e verificar a coerência dos coeficientes de transferência de calor. Foram medidas as temperaturas das células do módulo fotovoltaico com três metodologias diferentes: usando termometria sem contato, com sensores de contato e com recurso de imagens termográficas. Durante os ensaios em condições de operação o módulo foi colocado em circuito aberto e curto-circuito por determinados intervalos de tempo, sempre acompanhado da medida da temperatura das suas células. Todos os módulos ensaiados apresentaram distribuições de temperaturas não uniformes na condição de curto-circuito. Em relação ao programa de simulação considera-se que seus resultados seguem de forma bastante satisfatória as temperaturas medidas quando o módulo está em diferentes condições ambientais. Concluiu-se, tanto da análise teórica quanto da análise experimental, que o efeito da distribuição de temperatura sobre as curvas características dos módulos é muito pequeno. Mesmo assim, para evitar os efeitos de distribuição não uniforme de temperatura, os módulos devem ser preparados para os ensaios de curvas características na condição de circuito aberto e não em curto-circuito. Adicionalmente ficou evidenciado que a escolha equivocada de uma célula mais aquecida, como representativa da temperatura média do módulo, pode acarretar em um erro importante que é repassado à curva característica quando esta é transladada para uma condição de interesse. / A study was made to analyze the cell temperature distribution in a photovoltaic module and to verify the possible influence of this temperature distribution in the results of the module characteristic determination tests. The main factors that could originate temperature differences between cells were theoretically analyzed. Among these factors are the cells positioning in the module, the amount of solar radiation absorbed by the cells, the environmental conditions, the properties of the materials that compose the photovoltaic module and the load conditions. A simulation software, considering meteorological conditions as input data, was developed. Tests were carried out in order to adjust the characteristics associated to the module materials and to verify the coherence of the heat transfer coefficients. The temperatures of the photovoltaic module cells were measured with three different methodologies: using non-contact thermometry, with contact temperature sensors and with the resources of thermographic imagery. The modules were tested under different environmental conditions. During the tests under operational conditions, the module was connected in open-circuit and short-circuit for determined time periods, while the cells temperatures were monitored. All the tested modules presented non-uniform temperature distribution under the short-circuit condition. Concerning the simulation program, we consider that its results follow the measured temperatures in a very satisfactory way for any environmental condition. We concluded, either from the theoretical as from the experimental analysis, that the effects of the temperature distribution in the module characteristic curve are very small. Anyway, in order to avoid the possible consequences of non-uniform temperature, the modules should be prepared for characteristic curves tests under the open-circuit condition and not in short-circuit. Furthermore, it became evident the care that should be taken when choosing a cell as a representative of the average temperature of the module. A bad choice can lead to an important error that is propagated when the characteristic curve is translated to an operational condition of interest.

Orientador: Agnelo Marotta Cassula / Coorientador: Jose Luz Silveira / Banca: Edson Costa Bortoni / Banca: Celso Eduardo Tuna / Resumo: Sistemas autônomos baseados em energias renováveis se apresentam como uma solução alternativa aos problemas de eletrificação em regiões afastadas da rede elétrica. O abastecimento de energia de forma autônoma se refere ao fornecimento de eletricidade de forma independente da rede de distribuição interligada. Dentre as fontes renováveis a solar fotovoltaica e a eólica, além de possuírem vantagens que as tornam adequadas a diversos tipos de aplicações, podem ser ainda utilizadas de forma conjunta, com ou sem a presença de outras fontes, constituindo o que se conhece por sistemas híbridos de geração de energia. Em este trabalho se propõe uma metodologia diferente para avaliar o desempenho de um Sistema Híbrido de Geração de Energia (SHGE) solar-eólico-diesel considerando variações probabilísticas da carga e dos recursos renováveis. Foi desenvolvido um algoritmo que simula o funcionamento típico do sistema utilizando uma base de tempo de uma hora e, de um intervalo para outro, se consideram variações estocásticas da carga e dos recursos renováveis (vento, radiação solar e temperatura). Em ambos os casos, a aleatoriedade da ocorrência dos eventos é modelada com base no método de Simulação de Monte Carlo seqüencial. A metodologia desenvolvida para a avaliação do SHGE foi aplicada em um estudo de caso como dados reais para os recursos renováveis e para a demanda, em um local pré-selecionado, para duas configurações de sistema híbrido, SGHE solar-eólico-diesel e SHGE solar-eólico. O método de simulação proposto mostrou-se como uma ferramenta interessante para tomada a de decisões e para a ponderação de possíveis cenários de funcionamento. A apresentação dos resultados em forma de histograma permitiu... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Off-grid power systems based on renewable energy resources are presented as an alternative solution for electrification problems in remote isolated areas. Off-grid power generation refers to the electricity supply, regardless of the energy distribution network. Among the renewable energy sources available nowadays, the solar photovoltaic and the wind power not only have the advantages that make them suitable for various types of applications, but also can be used jointly with or without the presence of other sources, constituting what is known as hybrid power generation systems. This work proposes a different methodology to evaluate the performance of a solar-wind-diesel Hybrid Power Generation System (HPGS) considering probabilistic variations of load and renewable resources. An algorithm that simulates the typical operation of the system was developed using a periodically time lapse of an hour. Load and renewable resources (wind, solar radiation and temperature) stochastic variations are considered and analyzed hourly. In both cases, the event occurrence randomness is modeled using the Sequential Monte Carlo simulation method. The proposed methodology for assessing the performance of a HPGS was applied to a case study using actual data for the renewable resources and the load, in a pre-selected location. Two different hybrid system configurations were evaluated, a solar-wind-diesel HPGS and a solar-wind HPGS. The performance evaluation method proved to be an interesting tool for decision making and for pondering possible operating scenarios. The results presentation as histogram graphics allowed estimating the probability occurrence of unusual possible scenarios. The application of the proposed methodology in this work presented satisfactory results. For both... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador : Profª. Drª. Leni Akcelrud / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 12/06/2015 / Inclui referências : f. 94-99 / Área de concentração : Físico-Química / Resumo: A modificação da capacidade doadora e retiradora de elétrons em copolímeros conjugados do tipo doador-aceptor (D-A) permite a concepção de novos materiais, com melhores propriedades elétricas e ópticas. Estes têm sido aplicados com sucesso em dispositivos fotovoltaicos do tipo heterojunção, e recentemente, grandes avanços na eficiência de conversão fotovoltaica (PCE) foram alcançados. Em 2006, Scharber propôs uma regra para obter valores de PCE superiores a 10%, otimizando simultaneamente a banda proibida (band gap) e os níveis de fronteira do material doador. Adicionalmente, o material doador deve apresentar um band gap menor que 1,6 eV e um nível LUMO com -4,0 eV, utilizando o [6,6]-fenil-C61-ácido butírico-metil éster (PCBM) como carreador de cargas negativas. Neste sentido, os cálculos teóricos podem ter grande utilidade, porque são capazes de descrever materiais já sintetizados e outros ainda não produzidos. O trabalho teórico realizado foi dividido em duas etapas. Primeiramente, dois fatores foram analisados: os efeitos espectroscópicos causados pela inserção de uma dupla ligação, entre unidades conjugadas D-A, e o segundo fator mostrou os efeitos espectroscópicos que podem ser obtidos a partir de copolímeros bloco, contendo um segmento em comum. Os resultados obtidos foram comparados com resultados experimentais disponíveis. Na segunda etapa, foi descrita uma correlação entre os níveis de energia de fronteira de 65 unidades conjugadas encontradas na literatura. Vinte e duas combinações, baseadas nas unidades benzo-bis(tiadiazol) e tetrazina foram selecionadas, devido à sua boa correlação com a aproximação de Scharber, e seus copolímeros relacionados foram investigados teoricamente. O método DFT com o funcional B3LYP e conjunto de função de base 6-311g(d,p) foi aplicado para obter as geometrias otimizadas dos oligômeros, bem como as energias dos orbitais de fronteira. As propriedades ópticas, como forças de oscilador, foram estimadas pelas aproximações TDDFT e INDO/S. Baseado nos resultados, foi possível predizer o PCE de 22 copolímeros simulados. Os resultados dos cálculos indicam que vários polímeros investigados mostraram valores de eficiência entre 9-10%. Todos os cálculos foram realizados no programa Gaussian 09. Palavras chave: polímeros conjugados, cálculos teóricos, eficiência fotovoltaica. / Abstract: Modifying the electron-withdrawing capability in donor?acceptor (D-A) conjugated copolymers, allows designing new polymers with better electrical and optical properties. These D-A materials have been successfully applied in bulk heterojunction solar cell devices, and recently a great progress in the enhancement of conversion efficiencies (PCE) has been achieved. In 2006, Scharber proposed a design rule to obtain PCE values over 10%, optimizing the band gap and orbital energy levels of the donor material, simultaneously. In addition, the donor material should present a band gap lower than 1,6 eV and a LUMO level around -4 eV, using phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) as acceptor. In this context, theoretical calculations are a useful tool to describe properties of materials before and after synthesis. In order to attain such purpose, the work was divided into two steps. Firstly, two factors were analyzed: the influence of the insertion of a double bond, between the conjugated units of the D-A copolymer. The second factor was the spectroscopic effects that can be obtained from block copolymers, containing a common segment. The results were compared with available experimental ones. In the other step, it a correlation between the frontier orbitals energies of 65 conjugated structures from the literature was described, generating 2080 possible pair combinations. Twenty e two combinations based on benzo-bis(thiadiazole) and tetrazine conjugated units were selected from those due their good correlation with Scharber's approach, and their simulated copolymers were investigated. The DFT method using the B3LYP functional and 6-311g (d,p) basis set were applied to obtain the optimized oligomers geometries, as well the related frontier orbitals energies. The optical properties, as oscillator strengths, were estimated by TDDFT and INDO/S approximations. Based on the results, it was possible to predict the PCE of the twenty two simulated copolymers. The results of calculations indicated that several polymers investigated showed the predicted PCE between 9-10%. All calculations were performed using GAUSSIAN 09 program. Keywords: conjugated polymers, theoretical calculations, photovoltaic efficiency.