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.

Orientador: Ivan E. Chambouleyron / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-22T04:24:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_FrancoiseToledo_M.pdf: 1890829 bytes, checksum: 66d8be68c9579de94e46cf9d7c7749eb (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Neste trabalho são apresentados os efeitos da dopagem tipo-p com gálio e índio na fotocondutividade de filmes finos de germânio amorfo hidrogenado ( a-Ge:H ) depositados pelo método de rf-sputtering. O produto eficiência quântica-mobilidade-tempo de vida ( hmt ) foi medido, à temperatura ambiente, em função da posição da energia de Fermi EF em amostras com concentrações relativas de dopantes na faixa entre ~ 3x10-5 e ~ 10-2 .Para as amostras dopadas com gálio observa-se inicialmente um decréscimo de hmt com o aumento da concentração de dopante, até que um mínimo é atingido para amostras próximas ao nível de compensação ( NGa/NGe ~ 3x10-4 ), onde hmt é cerca de 16 vezes menor que o valor obtido para amostras intrínsecas. A este comportamento segue-se um aumento de aproximadamente 4 vezes no valor do produto hmt, para concentrações de gálio entre a compensação e NGa/ NGe ~ 1.5x10-3. Então, para maiores concentrações de gálio, os valores de hmt voltam a apresentar um decréscimo. Nas amostras dopadas com índio observou-se um decréscimo monotônico do produto hmt para toda a faixa de concentração de dopante. Estes resultados são consistentes com o modelo de defeitos "padrão", no qual se assume que os defeitos profundos dentro do gap de mobilidade constituem o caminho de recombinação predominante. Uma explicação qualitativa foi utilizada levando-se em conta os efeitos da dopagem na variação da ocupação dos estados de carga dos citados defeitos / Abstract: This work reports on the effects of gallium and indium p-type doping on the photoconductivity of hydrogenated amorphous germanium ( a-Ge:H ) thin films deposited by the rf-sputtering method. The quantum efficiency-mobility-lifetime ( hmt ) product has been measured at room temperature as a function of the dark Fermi energy EF on samples with relative dopant concentration range between ~ 3x10-5 and ~ 10-2. A decrease of hmt is observed with the increase of the gallium concentration till a minimum is reached for samples near the compensation level (NGa/NGe ~ 3x10-4), when hmt is about 16 times lower than the value obtained for intrinsic samples. This behavior is followed by an hmt increase of aproximately 4 times at concentration levels between compensation and NGa/NGe ~ 1.5x10-3. Then, for higher gallium concentrations, hmt decreases again. For In-doped samples, a monotone decrease of hmt is measured for all the impurity concentration range. These results are consistent with a "standard" model for the defects, which assumes that the dangling bond is the main recombination path. A qualitative explanation was obtained where the changes in the occupancy of the charged defect states in the mobility gap due to doping are taken into account / Mestrado / Física / Mestre em Física

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:16:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8645_1.pdf: 1857976 bytes, checksum: 7d54ea5004d82e714335a401abe1bd20 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Nesse trabalho foi desenvolvido e testado um piranômetro utilizando um sensor óptico à base de silício cristalino, facilmente encontrado no mercado. O sensor foi envolvido por uma estrutura de PVC com a finalidade de minimizar os efeitos térmicos e das intempéries sobre suas medidas de irradiância solar. Um difusor, também à base de PVC, foi incorporado ao piranômetro. O protótipo foi calibrado com um piranômetro comercial Eppley que serviu como padrão. Ambos os instrumentos foram conectados a um sistema de aquisição de dados. As medições foram realizadas durante vários dias, em intervalos de um minuto, para condições atmosféricas de céu claro e céu com nuvens. Três grupos de análises foram realizados: a) A princípio foram medidas, de acordo com a norma ISO 9060, a sensibilidade da constante de calibração, a não linearidade e a resposta ao ângulo de incidência (resposta ao co-seno). b) A influência da temperatura na medida de irradiância foi analisada pela monitoração da temperatura interna do sensor e das irradiâncias medidas pelo protótipo e pelo Eppley. Os dados de irradiância foram filtrados no intervalo de 950 to 1050 W/m2 para que fosse possível isolar apenas os efeitos da temperatura nas medidas. c) Foi realizada uma comparação entre irradiância e energia solar diária registradas pelo Eppley e pelo protótipo ao longo dos experimentos. Os resultados obtidos são descritos a seguir: (1) A constante de calibração média obtida foi de 12,9 μV/(W/m2 ) , com desvio padrão da ordem de ±1%. A não linearidade média é da ordem de ± 2,9% (o valor limite estabelecido por norma é de 3%). A resposta ao ângulo de incidência do protótipo foi adequada até 40 graus Celsius (desvios menores que 4%). Para ângulos maiores, o desvio cresce para valores de até 9%. Esse comportamento indica a necessidade de se propor um difusor com características ópticas melhor adaptadas à geometria do protótipo. (2) Com relação à influência da temperatura, foram registradas variações (desvio padrão percentual) na irradiância medida pelo protótipo da ordem de 2,6% para variações de temperatura de 5,7%. Ao mesmo tempo, o Eppley registrou variações da ordem de 2,3%, muito próximo do nível observado para o protótipo. A maior diferença observada entre as temperaturas máxima e mínima foi de 17oC (50,1oC 33,1oC), o que corresponde a uma variação da ordem de 39,4%. Valores de irradiância correspondentes a essas temperaturas apresentam variações da ordem de 1,3% para o protótipo e 0,6% para o Eppley. (3) No que se refere às medidas de irradiância, o desvio quadrático médio para valores instantâneos (1 minuto) é da ordem de 6,3% (média ao longo de 54 dias). Considerando médias horárias de irradiância, esse valor diminui para 3,7%. Para energia solar diária, o desvio médio obtido é da ordem de 2,0%. Esses resultados mostram que, embora o protótipo não atenda a todas as exigências da norma, ele pode ser adequado para medições de radiação solar. Entretanto, experimentos mais extensivos devem ser realizados para identificar e solucionar problemas que o instrumento ainda apresente. Um período mínimo de ensaios de um ano é necessário para avaliar a estabilidade da constante do protótipo. Um radiômetro de baixo custo (US$ 150,00), com precisão similar à obtida nesse trabalho, poderá contribuir para a expansão da aquisição de dados de energia solar, melhorando a informação disponível na rede de medições solarimétricas do Brasil

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:16:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9093_1.pdf: 3361404 bytes, checksum: b5890d9fc222793338005d7337e19f70 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Uma fração importante dos aqüíferos da Região Nordeste do Brasil apresenta água com níveis de salinidade elevados (maior que 3.000 mg.L-1). A população que habita essas regiões não conta com suprimento de água nem de energia elétrica convencional, para acionamento de possíveis sistemas de bombeamento e dessalinizadores. Entretanto, sistemas fotovoltaicos podem ser utilizados em forma confiável para operá-los. Sistemas de osmose reversa, hoje largamente utilizados no mundo, são uma alternativa válida para prover de água potável as populações em localidades remotas. Neste trabalho são estudadas as condições operacionais de um sistema de osmose reversa (OR) com 3 membranas em série, com capacidade de produção de 250 L.h-1 e grau de salinidade máximo de 5.000 mg.L-1, operado em três configurações: Configuração A tem o sistema de OR conectado diretamente a energia elétrica convencional, obtendo resultados da unidade com freqüência fixa (60 Hz); Configuração B utiliza um conversor de freqüência como interface entre a rede elétrica e o sistema OR, possibilitando o ensaio para várias freqüências de rotação do motor; e Configuração C utiliza o conversor de freqüência entre o gerador fotovoltaico com 16 módulos em série de 55 Wp cada e o sistema de osmose reversa (OR-FV). Os resultados obtidos na Configuração A representam o comportamento do sistema OR em função das variáveis em estudo: pressão, vazão e concentração de entrada, vazão e concentração do permeado, para diversas posições da válvula de controle (VA) do fluido na saída da unidade de OR. Na Configuração B são obtidos resultados experimentais para diversas freqüências de operação, vazão e pressão de entrada no sistema de membranas e salinidade da água de alimentação, para três posições da válvula de controle (VA). Determina-se a região de operação, ou seja, vazão mínima e máxima e pressão mínima e máxima, de acordo com as características da membrana utilizada e o tipo de água a ser tratado. São também determinados os parâmetros operacionais mais importantes: água dessalinizada e fator de recuperação vs. pressão de operação para vários graus de salinidade. Os resultados são utilizados como parâmetros de entrada para projetar o sistema fotovoltaico que aciona o equipamento de osmose reversa. Com o sistema de osmose reversa conectado ao gerador fotovoltaico (Configuração C), foram realizados ensaios para duas salinidades de entrada: 2.000 e 5.000 mg.L-1. Operando com salinidade igual a 2.000 mg.L-1 e irradiação igual a 14,19 MJ.m-2, o equipamento produziu 626 L/dia de água dessalinizada e com uma concentração de entrada de 5.000 mg.L-1 e irradiação de 18,23 MJ.m-2 foram produzidos 540 L/dia. Para 2.000 e 5.000 mg.L-1 de salinidade, os valores de consumo específico observados estiveram em torno de 3,7 e 6,1 kWh.m-3, respectivamente. Com o estudo do comportamento diário do sistema OR-FV para as duas salinidades, foi feito uma análise econômica do custo da água potável obtendo 6 US$.m-3 para 2.000 mg.L-1 e 10 US$.m-3 para 5.000 mg.L-1 e comparado com o custo da água de outras fontes de suprimento em localidades remotas

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:17:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9121_1.pdf: 2152523 bytes, checksum: 4b5de0abfff912674f9a41abf609c71f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / A utilização da energia solar para o bombeamento de água é uma atividade interessante do ponto de vista social, produtivo e ecológico. Porém, o alto custo, a baixa eficiência dos sistemas e os projetos inadequados restringem sua aplicação. Este trabalho apresenta uma proposta de uso de equipamentos nacionais em sistemas de bombeamento fotovoltaico em substituição aos equipamentos importados dedicados a essa aplicação. Com o objetivo de se ter uma utilização mais eficiente de seus equipamentos é necessário conhecer o comportamento operacional dos componentes do SBFV e dos acoplamentos entre eles. Assim, através de procedimentos experimentais, foi realizado um levantamento das características operacionais do sistema instalado com diferentes configurações. Após a caracterização dos componentes do sistema foi realizada uma comparação técnica experimental entre os sistemas importado dedicado e o convencional nacional de mercado. O inversor dedicado conta com um controle que leva o gerador FV a operar em seu ponto de máxima potência, enquanto o conversor convencional é programado para fazer o sistema operar em uma tensão fixa. O resultado desse experimento mostrou que o conversor convencional tem desempenho semelhante ao inversor especial, desde que opere em um valor de tensão adequado. Uma análise dos resultados obtidos mostra que somente a consideração do comportamento do gerador não é suficiente para obter a melhor tensão fixa de operação do sistema. Verificou-se que 270V é a melhor tensão de operação para o gerador, mas a operação em 285V apresentou o maior volume de água bombeado dentre os valores ensaiados. Neste trabalho também é feita uma análise econômica preliminar dos sistemas estudados. Os resultados dessa análise mostram que o custo do volume de água bombeado é menor para o sistema nacional, sobretudo pelo fato de que este sistema conta com equipamentos mais baratos, robustos e de manutenção barata e facilmente encontrada no mercado. Também são levantadas as curvas características das motobombas utilizadas para várias freqüências de operação. Este resultado é muito importante para projetos de sistemas de bombeamento FV, uma vez que estes dados não são fornecidos pelos fabricantes