This work presents a dynamic model for utility-scale PV systems. The model is based on a centralized converter topology, which uses a voltage-sourced converter (VSC) to facilitate the exchange of energy between PV generators and the utility grid. The related control system regulates active and reactive power injected by the PV system, based on a current control strategy. Moreover, the model includes a Maximum Power Point Tracking (MPPT) scheme, implemented with the incremental conductance method. Dimensioning of the model is presented as well as simulation cases to validate its performance. Subsequently, the model was used to analyze the effect of variations in solar radiation on a test network with high penetration of photovoltaic generation. Results showed that without proper compensation of reactive power, variations in solar radiation can cause voltage fluctuations outside allowable limits. Thus, in order to mitigate these fluctuations, local control strategies were implemented to allow the exchange of reactive power between the solar farm and the utility grid. Simulations showed that the proposed strategies can mitigate voltage fluctuations at the point of common coupling, improving voltage regulation in the network. / Este trabalho apresenta um modelo dinâmico de sistemas fotovoltaicos de grande escala. O modelo é baseado em uma topologia de conversor centralizado, que usa um conversor de fonte de tensão (VSC) para facilitar a troca de energia entre os geradores fotovoltaicos e a rede elétrica. O sistema de controle relacionado regula a energia ativa e reativa injetada pelo sistema fotovoltaico, com base em uma estratégia de controle de corrente. Além disso, o modelo inclui um sistema de rastreamento de ponto de potência máxima (MPPT), implementado com o método da condutância incremental. O dimensionamento do modelo é apresentado, bem como vários casos de simulação para validar o seu desempenho. Posteriormente, o modelo foi utilizado para analisar o efeito das variações na radiação solar sobre uma rede de teste com uma elevada penetração de geração fotovoltaica. Os resultados mostraram que sem uma adequada compensação de energia reativa, as variações na radiação solar podem causar flutuações de tensão fora dos limites permitidos. Assim, a fim de mitigar estas flutuações, estratégias de controle local foram implementadas para permitir a troca de potência reativa entre os sistemas fotovoltaicos e a rede. As simulações mostraram que as estratégias propostas podem mitigar as flutuações de tensão no ponto de acoplamento comum, melhorando a regulação de tensão na rede.

Esta tese propõe uma metodologia para avaliar o emprego de técnicas de seleção e conversão da radiação solar para aumentar a produção de energia elétrica de células fotovoltaicas. Foi feita uma revisão dos mecanismos fotovoltaicos para produção de energia elétrica e os entraves para aumentar sua eficiência, em especial os impactos da temperatura e da absorção do espectro solar. Uma metodologia foi criada para definir um filtro óptico ótimo a ser utilizado em uma região na presença ou não de conversão do espectro, através de simulações computacionais, que define a faixa do espectro solar que deve ser absorvida pela célula para se ter o melhor equilíbrio entre absorção e aquecimento. Um modelo matemático foi criado e implementado computacionalmente, para calcular a produção de energia de um módulo fotovoltaico, em uma dada região com ou sem a aplicação de técnicas de conversão e seleção da radiação solar. Através de um estudo de caso com dados da cidade de Petrolina, PE, Brasil, concluiu-se que o ganho esperado para utilização de um filtro óptico que reflete ondas de comprimento superiores a 1000 nm é cerca de 1% da energia gerada. Ensaios empíricos permitiram validar a metodologia proposta, comparando os dados reais com os dados teóricos obtidos pelas simulações do modelo matemático. Após a calibração do modelo matemático, verificou-se que os resultados de potência instantânea calculados com o modelo matemático variavam cerca de 5% tanto para o módulo com filtro quanto para o módulo sem filtro. Para contornar a restrição construtiva do filtro óptico e verificar outros ganhos possíveis são propostos experimentos com compostos de conversão de radiação solar associados com filtros ópticos para seleção da radiação solar. Com isto, espera-se aumentar significativamente a produção de energia elétrica de células fotovoltaicas de Silício cristalino. / This thesis proposes a methodology to evaluate the use of solar radiation selection and conversion techniques to increase the production of electric energy of photovoltaic solar cells. A review of the photovoltaic mechanisms for the production of electrical energy and the obstacles to increase its efficiency, especially the impacts of temperature and the absorption of the solar spectrum was done. A methodology was developed to define an optimal optical filter to be used in a region in the presence or not of solar spectrum conversion, through computational simulations, which defines the range of the solar radiation that must be absorbed by the cell in order to have the best balance between absorption and heating. A mathematical model was created and implemented computationally to calculate the energy production of a photovoltaic module in a given region with or without the application of solar radiation conversion and selection techniques. A case study with data from the city of Petrolina, PE, Brazil, concluded that the expected gain for the use of an optical filter that reflects wavelengths above 1000 nm is about 1% of the power generated. Empirical tests allowed validating the proposed methodology comparing the actual data with the theoretical data obtained by the simulations of the mathematical model. After calibration of the mathematical model, it was verified that the instantaneous power results calculated with the mathematical model vary about 5% for both the filter module and the unfiltered module. To avoid the constructive constraint of the optical filter and to verify other possible gains are proposed experiments with solar radiation conversion compounds associated with optical filters to select the solar radiation. With this, it is expected to significantly increase the electricity production of crystalline silicon photovoltaic cells.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-26T12:53:59Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseDesempenhoSistema.pdf: 9817105 bytes, checksum: dfd9f24447a4c8b7afd82b8272634af7 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-26T13:12:50Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseDesempenhoSistema.pdf: 9817105 bytes, checksum: dfd9f24447a4c8b7afd82b8272634af7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-26T13:12:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseDesempenhoSistema.pdf: 9817105 bytes, checksum: dfd9f24447a4c8b7afd82b8272634af7 (MD5) Previous issue date: 2015-02-23 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O presente trabalho apresenta a análise da operação de um sistema fotovoltaico domiciliar de 180 Wp projetado para atendimento de pequenas demandas. O sistema em questão está instalado na área de testes do laboratório do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas (GEDAE), com o propósito de simular seu funcionamento como provedor de energia elétrica para uma residência ribeirinha típica da Região Amazônica. Para este fim, foi simulada a alimentação de cargas que são utilizadas frequentemente nessas residências (TV e lâmpadas) em horários pré-definidos. No trabalho, além da descrição dos componentes do sistema, são expostos também os mecanismos empregados na monitoração de seu funcionamento, bem como a análise de dados obtidos acerca do comportamento do sistema operando com diferentes tecnologias de inversores de tensão (formas de onda de saída senoidal, quadrada e quadrada modificada), controladores de carga e baterias de descarga profunda (OPzV). / This work presents the operational analysis of the operation of a 180 Wp solar home system designed to supply small loads. The solar home system is installed at the laboratory testing area of the “Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas” (GEDAE), in order to simulate its operation as electricity supply for a typical riparian residence of the Amazon. For this, it was simulated the use of loads that are frequently used in these homes (TV and lamps) at predefined times. Besides the description of the system components, the mechanisms for monitor its operation and to analyze the data obtained about the behavior of the system operating with different technologies of inverters (sine, square and modified square output waveforms), charge controllers and deep cycle batteries are also presented.

A matriz energética mundial é composta por várias fontes primárias, dentre as quais os combustíveis fósseis, como o petróleo, prevalecem sobre as demais. No entanto, devido ao crescimento populacional e ao desenvolvimento tecnológico e industrial, haverá um conseqüente aumento na demanda de energia e devido à preocupação ambiental, será necessária a busca por outras fontes energéticas. Dentre essas, destaca-se a energia solar fotovoltaica, por possibilitar a geração de forma limpa e descentralizada. O Brasil tem a vantagem de estar localizado na zona inter-tropical, registrando altos índices de irradiação solar durante todo o ano, em comparação com outros países do mundo que já fazem uso desta tecnologia. Neste trabalho, foi estudada a inserção de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica pública e integrados em edificações residenciais urbanas. Para tanto, foram dimensionados sistemas para três residências situadas em diferentes regiões brasileiras, e que possuem as mesmas características construtivas e o mesmo consumo médio mensal de energia elétrica. Uma das premissas consideradas foi a autossuficiência energética das edificações apenas utilizando o recurso solar como fonte de geração. As cidades escolhidas para a análise foram Porto União/SC, São Carlos/SP e Petrolina/PE por possuírem diferenças significativas nos níveis de irradiação solar, representando desta forma os extremos encontrados no território brasileiro. A partir do dimensionamento foram estimadas a geração de energia elétrica anual para cada localidade e as curvas de geração foram confrontadas com as curvas de demanda diária média das regiões Sul, Sudeste e Nordeste, representando respectivamente, as três cidades escolhidas. Foram estimados os custos de instalação dos três sistemas, sendo feita ainda uma análise econômica simplificada para a verificação do impacto gerado pela inserção da tecnologia solar fotovoltaica como fonte alternativa na geração de energia elétrica em edificações residenciais urbanas. Para a avaliação econômica foi considerada a adoção do Sistema de Compensação Energética e um Período de Retorno Simples, que é a relação obtida entre o investimento feito inicialmente para a instalação de um sistema fotovoltaico e a economia anual proporcionada por essa instalação. Considerando um período de vida útil de um sistema fotovoltaico como sendo estimado em 25 anos, os resultados demonstraram que todos os sistemas seriam pagos antes desse período. A partir dos dimensionamentos, foi possível concluir ainda que a área requerida para a instalação de sistemas fotovoltaicos em residências é muito pequena e possui elevado potencial de aproveitamento, viabilizando desse modo a sua inserção no ambiente urbano. / The world\'s energy matrix is made up of several primary sources among which fossil fuels, mainly oil, prevail. Nevertheless, given population growth coupled with technological and industrial development, there will consequently be an increase in energy demands and, due to environmental concerns, looking for other energy sources is necessary. Among those, photovoltaic solar energy stands out for providing clean, decentralized energy generation. Brazil has the advantage of being located within the intertropical zone, registering higher levels of solar irradiation throughout the year compared to other countries that already use such technology. In this thesis, we studied the insertion of photovoltaic systems into the public grid and integrated to urban residential buildings. For such, we sized systems for three home environments situated in different Brazilian regions with similar building characteristics and same average monthly consumption. One of the premises considered was the buildings energy self-sufficiency based on solar resources alone. The cities chosen for the experiment were Porto União/SC, São Carlos/SP and Petrolina/PE given their significantly different exposure to solar irradiation, thus representing the extremes found in the Brazilian territory. From the initial sizing up the annual electricity demand for each location was estimated and generation curves were confronted with the daily demand curves from the South, Southeast and Northeast regions representing, respectively, the three chosen cities. Implementation costs were estimated for the three systems along with a simplified economic analysis in order to verify the impact caused by the insertion of photovoltaic solar energy as an alternative source of power generation in urban residential buildings. For the economic evaluation was considered the use of the Compensation System Energy and a Simple Payback Period, which is the ratio between the initial investment for the installation of a photovoltaic system and the annual savings provided by this facility. Considering a life cycle of a photovoltaic system as estimated at 25 years, the results showed that all systems would be paid before that period. From the sizing was still possible to conclude that the area required for the installation of photovoltaic systems in residences is very small and has a high potential for use, thereby enabling their integration into the urban environment

This work presents a dynamic model for utility-scale PV systems. The model is based on a centralized converter topology, which uses a voltage-sourced converter (VSC) to facilitate the exchange of energy between PV generators and the utility grid. The related control system regulates active and reactive power injected by the PV system, based on a current control strategy. Moreover, the model includes a Maximum Power Point Tracking (MPPT) scheme, implemented with the incremental conductance method. Dimensioning of the model is presented as well as simulation cases to validate its performance. Subsequently, the model was used to analyze the effect of variations in solar radiation on a test network with high penetration of photovoltaic generation. Results showed that without proper compensation of reactive power, variations in solar radiation can cause voltage fluctuations outside allowable limits. Thus, in order to mitigate these fluctuations, local control strategies were implemented to allow the exchange of reactive power between the solar farm and the utility grid. Simulations showed that the proposed strategies can mitigate voltage fluctuations at the point of common coupling, improving voltage regulation in the network. / Este trabalho apresenta um modelo dinâmico de sistemas fotovoltaicos de grande escala. O modelo é baseado em uma topologia de conversor centralizado, que usa um conversor de fonte de tensão (VSC) para facilitar a troca de energia entre os geradores fotovoltaicos e a rede elétrica. O sistema de controle relacionado regula a energia ativa e reativa injetada pelo sistema fotovoltaico, com base em uma estratégia de controle de corrente. Além disso, o modelo inclui um sistema de rastreamento de ponto de potência máxima (MPPT), implementado com o método da condutância incremental. O dimensionamento do modelo é apresentado, bem como vários casos de simulação para validar o seu desempenho. Posteriormente, o modelo foi utilizado para analisar o efeito das variações na radiação solar sobre uma rede de teste com uma elevada penetração de geração fotovoltaica. Os resultados mostraram que sem uma adequada compensação de energia reativa, as variações na radiação solar podem causar flutuações de tensão fora dos limites permitidos. Assim, a fim de mitigar estas flutuações, estratégias de controle local foram implementadas para permitir a troca de potência reativa entre os sistemas fotovoltaicos e a rede. As simulações mostraram que as estratégias propostas podem mitigar as flutuações de tensão no ponto de acoplamento comum, melhorando a regulação de tensão na rede.

Este trabalho utiliza a experiência do Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo (LSF-IEE-USP) para propor meios efetivos para qualificação de recursos humanos, dentro de laboratórios com qualidade reconhecida, com o intuito de aumentar a quantidade de especialistas na área. Para tanto, foi criado um local, na forma de laboratório, denominado Unidade de Capacitação Tecnológica, composto por sistemas fotovoltaicos isolados e conectados à rede e por duas minirredes híbridas de geração de energia (solar, diesel e rede elétrica), com sistemas de monitoramento próprios, que permitem a avaliação de diferentes estratégias de operação de sistemas fotovoltaicos. Tal Unidade foi concebida sob uma perspectiva didática, para possibilitar a apropriação das habilidades técnicas e conhecimentos tecnológicos necessários para: a) atuar nas diversas ocupações demandadas pelo setor (instaladores, projetistas e engenheiros); b) desenvolver pesquisas na área (especializações, mestrados e doutorados); e c) prestar suporte para iniciativas interessadas na aplicação da tecnologia fotovoltaica (ensaios, consultorias e treinamentos). A apresentação da Unidade conta com a descrição dos materiais, ferramentas, instrumentos e procedimentos utilizados para a acreditação dos laboratórios que a compõem, permitindo demonstrar a confiabilidade, credibilidade e universalidade de seus processos, especialmente no que se refere à realização de ensaios de conformidade em equipamentos fotovoltaicos. O trabalho também investiga iniciativas de capacitação que estão sendo realizadas em outras universidades, escolas técnicas e iniciativa privada, para compreender o perfil dos profissionais atuantes no mercado. A ideia é demonstrar o quanto é fundamental a criação de uma forma de certificação ou uma política instrutiva para a capacitação dos profissionais de sistemas fotovoltaicos, de forma a promover as boas práticas e inibir aquelas que comprometam a credibilidade da tecnologia. Esta tese demonstra que laboratórios capacitados, como a Unidade descrita neste trabalho, apresentam os elementos necessários para produção e divulgação de conhecimentos, desenvolvimento de produtos, prestação de serviços e treinamento de profissionais requeridos para a expansão do setor, podendo colaborar para a consolidação da energia fotovoltaica como uma alternativa eficaz e confiável no cenário energético brasileiro. / This work uses the experience of the Photovoltaic Systems Laboratory of the Institute for Energy and Environment of the University of São Paulo (LSF-IEE-USP) to propose effective ways for the qualification of human resources within laboratories with recognized quality, in order to increase the amount of experts. Thus, a site was created in the form of laboratory, named Technology Skills Unit, composed of individual photovoltaic systems and two hybrid power systems (solar, diesel and power grid), with monitoring systems that allows evaluation of different operating of photovoltaic systems. This unit is designed in a didactic perspective to enable the appropriation of technical skills and technological knowledge necessary for: a) act in different occupations demanded by the sector (installers, designers and engineers), b) develop research in the area and c) provide support for initiatives interested in the application of photovoltaic technology. The presentation of the Unit has the description of the materials, tools, instruments and procedures for the accreditation of laboratories that comprise it, allowing demonstrate the reliability, credibility and universality of its processes, especially with regard to the testing of conformity in photovoltaic equipment. This study also investigates training initiatives being undertaken at other universities, technical schools, and private initiative to understand the profile of the professionals working in the market. The idea is to demonstrate how essential is the creation of a form of certification or an instructive policy for the professional of photovoltaic in order to promote good practice and inhibit those that undermine the credibility of technology. This thesis demonstrates that trained laboratory personnel with the structure proposed in this paper and accredited as is described, presents the necessary elements for the dissemination of technical and scientific knowledge required to qualify professionals specializing in photovoltaic applications, and may contribute to the consolidation of photovoltaic solar energy as effective and reliable alternative to the energy scenario that is imposed in Brazil today.

A geração solar fotovoltaica em painéis de silício tem se destacado como uma maneira limpa e renovável de atender à demanda por energia elétrica. Este trabalho apresenta o projeto, construção e testes de um sistema autônomo para obtenção da curva IV e caracterização de painéis fotovoltaicos comerciais instalados em campo. Após um estudo do problema de medição de painéis solares, uma especificação da Solução foi concebida. Com base na especificação, foram realizados o projeto elétrico, a construção de protótipos, a escrita do software de medição e os testes de validação em laboratório. Para validação definitiva do hardware desenvolvido, foram realizados testes em campo utilizando um painel solar comercial. Após a tomada de dados e análise dos resultados, conclui-se que o dispositivo concebido atende aos requisitos especificados e cumpre sua proposta inicial. A metodologia empregada neste trabalho pode ser utilizada para geração de outros instrumentos com finalidade similar ou idêntica. / Photovoltaic solar generators, using silicon panels, have grown popular as a clean and renewable way to supply electrical energy. This work presents the project, construction and testing of an autonomous system for IV curve tracing and characterization of commercial photovoltaic panels deployed in the field. After a study how to properly measure solar panels, a Solution was put in a form of a specification. From specifications, the following phases took place: electrical project, prototype construction, software development and lab testing. To perform final validation of the developed hardware, a field test with a commercial solar panel was performed. After collecting and analyzing data from, it was concluded that the design fulfills the required specifications and intended goals. The methodology employed in this work and be utilized to generate other measuring instruments with similar or identical function.

O aprimoramento de técnicas e dispositivos aplicados à conversão de energia provenientes de fontes alternativas de energia, no contexto da geração distribuída, possui um papel importante para o estabelecimento definitivo de um novo paradigma de despacho e consumo de energia elétrica. Neste contexto, esta tese de doutorado aborda uma proposta de gerenciamento de energia e controle de uma microrede com célula a combustível e painel fotovoltaico como fontes primárias, operando juntamente com elementos armazenadores. Nesta proposta, destaca-se o uso de duas principais técnicas: droop k-sharing e Maximum Power Point Tracking with Saturation Technique (MPPT-ST). A técnica droop k-sharing permite associar uma dinâmica preestabelecida à célula a combustível, de forma que as baterias absorvam o espectro complementar. Adicionalmente, o uso da variável k-sharing com a adição da técnica droop permite o compartilhamento de potência entre as duas fontes sem a necessidade de comunicação entre elas. Já a técnica MPPT-ST, permite a operação de painéis fotovoltaicos no Maximum Power Point (MPP) e fora do MPP utilizando um saturador dinâmico. Por fim, propõe-se uma técnica para o acoplamento dos modelos dinâmicos dos conversores CC-CC por meio do equacionamento da tensão do barramento Corrente Contínua (CC) em espaços de estados, tornando possível analisar a estabilidade da microrede com o método indireto de Lyapunov. Para validar as técnicas propostas, são apresentados resultados de simulação e experimentais. / The improvement of techniques and devices applied to the energy conversion of alternative energy sources, in the distributed generation context, has an important role for the definitive establishment of the new paradigm of energy delivery and consumption. In this context, this PhD thesis addresses a proposal of an energy management strategy for microgrids with fuel cells and photovoltaic panels as primary sources, operating with storage devices. In the proposed control scheme, it is possible to highlight two control techniques: droop k-sharing and MPPT-ST. With the droop k-sharing technique, it is possible to design a specific dynamic behavior for the Fuel Cell, while the battery absorbs the complementary (high frequency) spectrum. Additionally, the use of the k-sharing variable with droop technique makes it possible to share the energy between the two sources without the need of a high-speed communication link. On the other hand, with the MPPT-ST technique, the photovoltaic modules can be operated in the MPP or off-MPP by using a simple dynamic anti-windup strategy. For the stability analysis using the Lyapunov Indirect Method, it is proposed a state space technique to couple the DC-DC converters models using the DC-link capacitor. Finally, to evaluate the proposed theoretical algorithm and analysis, simulations and experimental results are presented.

O objetivo desta pesquisa é avaliar os parâmetros urbanísticos que influenciam a forma urbana e, consequentemente, maximizam a geração de energia fotovoltaica, no município de São Paulo, tomando por estudo de caso o bairro Belenzinho, em processo de adensamento e verticalização. A avaliação dos parâmetros urbanísticos foi realizada por meio do software de modelagem tridimensional Rhinoceros®, utilizando dois vértices: inicialmente, foi modelada a variação isolada dos parâmetros urbanísticos, utilizando Rhinoceros® associado aos plug-ins Grasshopper® e Diva®, com a finalidade de identificar os valores dos parâmetros urbanísticos que maximizam as respostas da forma urbana em relação à incidência de radiação solar na cobertura das edificações; em seguida, adicionou-se o algoritmo genético Galapagos, identificando-se a melhor combinação dos valores dos parâmetros urbanísticos quanto à maximização da incidência de radiação solar na cobertura das edificações. As análises mostraram que no cenário morfológico atual, 86% da cobertura das edificações existentes recebem entre 1840 e 1879 kWh/m2.ano de incidência de radiação solar, porém, algumas edificações são prejudicadas com sombreamento causada pelas edificações vizinhas. Quando se objetiva otimizar a geração de energia solar fotovoltaica na cobertura de empreendimentos distribuídos no tecido urbano, valores de coeficiente de aproveitamento 3, quando o máximo permitido é 4, ou valores de coeficiente de aproveitamento 2, quando o máximo permitido é 2, associados a taxas de ocupação de 0,70, mostram-se apropriados. A aplicação do Galapagos indica que o ganho da radiação solar incidente por área total de cobertura, através da simulação da variação combinada dos parâmetros urbanísticos, é, em média, 60% maior quando comparado com o pior cenário da variação isolada dos parâmetros urbanísticos, no cenário com empreendimentos distribuídos. Porém, quando se objetiva otimizar a geração de energia solar fotovoltaica na cobertura de empreendimentos concentrados no tecido urbano, valores de coeficiente de aproveitamento 3 e 4, quando o máximo permitido é 4, associados a taxas de ocupação de 0,40, mostram-se apropriados. O uso do Galapagos indica que o ganho da radiação solar incidente por área total de cobertura, através da simulação da variação combinada dos parâmetros urbanísticos, é, em média, 40% maior quando comparado com o pior cenário da variação isolada dos parâmetros urbanísticos, no cenário com empreendimentos concentrados. Assim, a pesquisa indica que a definição de uma política energética municipal para aproveitamento fotovoltaico na cobertura de edificações passa pela análise da viabilidade de soluções de geração concentradas ou distribuídas no território urbano, o que impacta em diferentes formas de apropriação dessa variável na regulação da ocupação do solo, no que tange à definição de intervalos de valores dos parâmetros urbanísticos, gabarito de altura, assim como no uso do solo. / The present study analyses the parameters of the urban form that conditions the PV power generation capacity in a neighbourhood in São Paulo: Belenzinho, which is in verticalization and densification processes. The urban analysis was modeled with Rhinoceros® 3D software, with two vertices. Initially, the case-study area was modeled based on the isolated variation of the urban parameters, with Rhinoceros® software associated with Grasshopper® and Diva® plug-ins, in order to identify the best and worse urban parameter values, considering the solar radiation incidence on the rooftops of isolated buildings. Then, Galapagos genetic algorithm was applied for the purpose of combining the urban parameters, and identified the most suitable values for better exploitation of solar radiation. The analysis showed that in the current morphological scenario, 86% of the existing buildings rooftops have values of solar radiation between 1840 and 1879 kWh/m2.year, withal, some buildings are affected by shading caused by neighboring buildings. When optimizing the generation of photovoltaic solar energy in the rooftops of buildings distributed in area of this case study, values 3 for floor area ratio, when the maximum allowed is 4, or values 2 for floor area ratio, when the maximum allowed is 2, associated to values 0.70 of building coverage ratio to be appropriate. The study indicates that the gain of incident solar radiation by total coverage area through the simulation of the Galapagos genetic algorithm, represents on average 60% more when compared to the worst scenario of the isolated variation of the urban parameters, in isolated buildings. However, when the objective is to optimize the generation of photovoltaic solar energy in the rooftops of concentrated buildings in area of case study, values 3 and 4 for floor area ratio, when the maximum allowed is 4, associated to values 0.40 of building coverage ratio to be appropriate. The study indicates that the gain of incident solar radiation by total coverage area through the simulation of the Galapagos genetic algorithm, represents on average 40% more when compared to the worst scenario of the isolated variation of the urban parameters, in concentrated buildings. Thus, the definition of a municipal energy policy for photovoltaic application on the top of buildings involves the analysis of the feasibility of more concentrated or distributed generation solutions in the urban territory, and its appropriation of this variable in the land use regulation, in relation to the definition of ranges of values of urban planning parameters, building\'s height and land use.

Submitted by JOHN WILLIAM NEGREIROS TERRONES null (johneter@hotmail.com) on 2018-01-19T17:02:53Z No. of bitstreams: 1 DissertaçãoJohn_JB (1).pdf: 14046795 bytes, checksum: deeec72b971c8015d40780ccc3ee8e37 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-01-19T17:54:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 terrones_jwn_me_ilha.pdf: 14046795 bytes, checksum: deeec72b971c8015d40780ccc3ee8e37 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-19T17:54:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 terrones_jwn_me_ilha.pdf: 14046795 bytes, checksum: deeec72b971c8015d40780ccc3ee8e37 (MD5) Previous issue date: 2017-09-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho, propõe-se uma metodologia baseada nas incertezas da radiação solar para prever o despacho de demanda e reativos nos sistemas de distribuição radial com geradores fotovoltaicos (GFs). O objetivo dessa metodologia é melhorar o perfil da magnitude de tensão para o dia seguinte, sujeito a certas restrições operativas do sistema elétrico de distribuição. No desenvolvimento dos algoritmos de solução são considerados geradores distribuídos que têm forte dependência das variações da fonte primária de energia (principalmente sistemas fotovoltaicos), ou seja, os limites de injeção de potência dos GFs dependem das incertezas da radiação solar. Este grupo de geradores precisa de considerações que incluam as incertezas na geração de energia. Para isso, elaboram-se cenários de radiação baseado na função de distribuição de probabilidade beta. Assim, são realizados fluxos de potência probabilísticos em múltiplos cenários. Leva-se em consideração, os objetivos a serem otimizados por meio de técnicas multiobjetivo, observando principalmente, os desvios da tensão nos nós e as perdas de potência nas linhas do sistema. A metodologia proposta foi implementada em linguagem de modelagem algébrica com o AMPL para descrever o problema de otimização e resolvido usando o solver comercial CPLEX. Os sistemas testes de 34 e 123 nós foram utilizados para avaliar os modelos matemáticos e a eficiência da técnica de solução proposta para o problema de controle dos sistemas de distribuição radiais com GFs. / This work presents a methodology based on uncertainties of solar radiation to predict demand and reactive dispatch in the radial distribution systems with photovoltaic generators (GFs). The objective is to improve the voltage magnitude profile for a day ahead, subjecting to operation constraints of distribution system. In order to evaluate the optimization criteria for distribution networks, active power balance equations have to be solved. It is considered that distributed generators have a high coherence to variations of the primary energy source (mainly photovoltaic systems), where, the power injection limits of the GFs depend on the uncertainties of the solar radiation. Uncertainties in generation are needed to be considered for this type of generator. Thus, the beta probability distribution function has been employed to include different radiation scenarios in the problem formulation. The aim of this research evolves the development of an optimization tool to predict the reactive power dispatch of GFs considering the uncertainties of solar radiation. For this purpose, the probabilistic power flow is performed under various scenarios. The Multiobjective optimization problem is formulated by including the buses (nodes) voltage deviations and the power losses of distribution lines in two different objective functions. The proposed methodology was implemented in AMPL mathematical model language and solved using the commercial CPLEX solver. The 34 and 123 nodes test systems are applied to show efficiency of presented mathematical models, i.e. control of radial distribution systems with GFs, and the proposed solution method.