Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T03:19:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 280137.pdf: 3943548 bytes, checksum: d6ef6aace4d4de095387bff207f02eaf (MD5) / No Brasil existem vários estudos sobre aplicação e desempenho de sistemas fotovoltaicos sem concentrador (SFV), acompanhando a tendência e o desenvolvimento desta tecnologia em nível mundial. Nos últimos anos, principalmente em regiões com alta incidência de radiação direta de países como Espanha, Estados Unidos e Austrália, tem aumentado os projetos destinados a instalação e avaliação do desempenho de sistemas fotovoltaicos com concentrador (SFVC). Os SFV utilizam a radiação global ou inclinada enquanto os SFVC utilizam a radiação direta normal e normalmente empregam dispositivos destinados a rastrear o Sol para aproveitamento do potencial energético da radiação direta. O Brasil apresenta muitas regiões com alta incidência de radiação direta, nas quais a irradiação direta normal anual pode chegar a valores superiores aos de irradiação global ou inclinada. O estudo do desempenho energético de sistemas fotovoltaicos com concentrador apresenta como principal dificuldade a obtenção de dados de irradiação direta normal e, até o presente, nenhum estudo abrangente foi realizado para o território brasileiro. Esta tese apresenta um estudo do potencial de desempenho energético de SFVC no Brasil, realizado com base em dados solarimétricos inéditos resultantes do projeto SWERA (Solar and Wind Energy Resource Assessment). Além dos dados solarimétricos do projeto SWERA, foram utilizados dados de desempenho de SFVC instalados em outros países, em regiões com características solarimétricas e climáticas semelhantes às brasileiras, para estimar o desempenho energético no território brasileiro. Foi elaborado o #Atlas Brasileiro da Geração Solar para Sistemas Fotovoltaicos com Concentrador# que evidencia as áreas com potencial favorável à instalação de SFVC. Verificou-se que grande parte da área caracterizada por elevados valores de irradiação direta normal também apresenta elevada demanda energética devido à concentração de empresas industriais. Os resultados apresentados, além da contribuição científica e tecnológica, podem fornecer subsídios às concessionárias de eletricidade para a instalação de SFVC, destinados a gerar energia elétrica a partir de uma fonte renovável e não poluente. / In Brazil there are several studies on implementation and performance of photovoltaic systems without concentration (PVS) following the trend and development of this technology worldwide. In recent years, particularly in regions with high incidence of direct radiation in countries like Spain, USA and Australia have increased projects for deployment and performance evaluation of concentrating photovoltaic systems (CPV). PVS use global and tilted radiation while CPV utilize direct normal radiation and usually employ devices to track the Sun to harness the energy potential of direct radiation. Brazil has many regions with high incidence of direct radiation, in which the annual direct normal irradiation can reach values higher than the global or tilted irradiation. The study of energy performance of concentrating photovoltaic systems presents the as main difficulty in obtaining data of direct normal irradiation (DNI) and, to date, no comprehensive study was conducted for the Brazilian territory. This thesis presents a study of CPV potential energy performance in Brazil, carried out based on unpublished solarimetric data resulting from SWERA project (Solar and Wind Energy Resource Assessment). Besides the solarimetric data from SWERA project, CPV performance data from systems installed in other countries, in regions with climatic and solarimetric characteristics similar to Brazilian conditions, were used to assess the energy performance in Brazil. The "Brazilian Atlas of Solar Power Generation with Concentrating Photovoltaic Systems" presented in this thesis highlights areas with potential for CPV installation. These areas characterized by high DNI level include sites with high energy demand due to the concentration of industrial enterprises. The results presented, besides the scientific and technological contribution can provide subsidies for electricity utilities to install CPV for power generation from a clean and renewable energy source.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2012-10-23T07:32:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 244870.pdf: 5144034 bytes, checksum: 9a643ee225ba7e6ac97286157e8ccac0 (MD5) / Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de uma metodologia para o posicionamento estratégico de sistemas fotovoltaicos conectados à rede de distribuição em centros urbanos, visando maximizar os benefícios da natureza distribuída da geração fotovoltaica. Esta metodologia, baseada no Fator Efetivo de Capacidade de Carga (FECC), oferece uma ferramenta de planejamento para a concessionária decidir em quais alimentadores do sistema de distribuição a geração fotovoltaica será mais vantajosa. A metodologia descrita é baseada na forte correlação que se verifica entre as curvas de demanda de alimentadores diurnos e as curvas de geração solar fotovoltaica. Considera-se que os maiores picos de demanda estão associados a dias ensolarados, e que uma parcela considerável da capacidade fotovoltaica conectada a alimentadores com pico de demanda diurno estará sempre presente quando necessário. Para dias/períodos com céu encoberto, considera-se que haverá uma redução na demanda do alimentador correspondente ao déficit relativo à geração solar. Dados horários de demanda dos alimentadores de duas concessionárias, CELESC (cidade de Florianópolis) e CEMIG (cidade de Belo Horizonte), foram correlacionados aos dados de radiação/geração solar fornecidos pelo Laboratório de Energia Solar - LABSOLAR da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). O LABSOLAR opera uma estação solarimétrica e um gerador solar fotovoltaico de 2 kWp conectado à rede de distribuição elétrica e integrado à edificação desde 1997. Esse sistema fotovoltaico é utilizado para validação da metodologia. Para a cidade de Florianópolis, dos 35 alimentadores urbanos existentes, 17 foram caracterizados como alimentadores com pico de demanda diurno e foram analisados neste trabalho. Em Belo Horizonte, somente um número limitado de alimentadores foi analisado; dos 16 alimentadores analisados 11 possuem pico de demanda diurno. Para todos os casos, o FECC foi calculado para diferentes níveis de penetração fotovoltaica e os resultados utilizados foram utilizados na construção de uma estratégia que estabelece a priorização dos alimentadores e a capacidade dos geradores fotovoltaicos para uma capacidade instalada desejada. O FECC é apresentado como uma ferramenta útil na identificação do potencial e da localização estratégica de geradores fotovoltaicos em centros urbanos. This thesis presents the development of a methodology for the strategic siting of grid-connected PV generators in the distribution network in urban areas in Brazil, aiming at maximizing the benefits of the distributed nature of PV generation. The methodology, based on the Effective Load Carrying Capacity (ELCC), offers a tool for utility planners to decide to which feeders in the distribution system the introduction of a given amount of PV generators will be most advantageous. The methodology described is based on the strong correlation between daytime peaking feeder load curves and the solar generation profile. It is assumed that the largest demand peaks are associated with sunny periods, and that a considerable fraction of a given and limited PV capacity connected to a daytime peaking feeder will always be available when needed. For cloudy and overcast periods, it is assumed that there will be a reduction in a given daytime peaking feeder demand, which is at least as large as the corresponding solar generation deficit. Hourly utility feeder demand data from two utilities (CELESC in Florianópolis, and CEMIG in Belo Horizonte) were correlated to solar radiation/generation data supplied by the solar energy research laboratory at the Universidade Federal de Santa Catarina#s (UFSC) Solar Energy Laboratory (LABSOLAR). LABSOLAR operates a fully-monitored, building-integrated gridconnected PV installation since 1997. This PV system is used to validate the methodology. For the capital city of Florianópolis, out of the 35 existing urban feeders 17 were found to be daytime peaking and were analyzed in this work. In Belo Horizonte, only a limited number of feeders were analyzed, and out of 16 feeders 11 presented daytime peaking load curves. In all cases, the ELCC of PV was calculated for different PV penetration levels and the results were used to establish a priority schedule for connecting PV to feeders. The ELCC is presented as a useful tool for identifying the potential and optimizing the sitting of PV generators in the urban environment.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. / Made available in DSpace on 2012-10-24T06:23:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 260094.pdf: 1262382 bytes, checksum: 557bfd12801c02b862521eabff67ac0b (MD5) / Na busca por novas opções para a constituição de uma nova matriz energética, os Sistemas Fotovoltaicos Interligados à Rede de Distribuição (SFIRD) se configuram como uma alternativa para centros urbanos, valendo-se de ser uma forma de geração distribuída (GD), assim gerando energia no próprio local onde esta será consumida. Os SFIRD não necessitam de novas áreas para sua instalação, pois estes farão uso de espaços já existentes, como o envelope das edificações para as quais estes gerarão energia, além de que eles possuem potencial de colaborar no desempenho da rede em que se encontram conectados. Neste trabalho é apresentado um estudo de caso de um SFIRD conectado a um alimentador de característica fortemente comercial, com pico de carga diurno e bastante coincidente com o pico de geração fotovoltaica. Este SFIRD encontra-se em funcionamento contínuo desde 1997 no Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal de Santa Catarina (LABSOLAR/UFSC) em Florianópolis - SC. Nesta pesquisa foram confrontados os dados de geração deste SFIRD com os dados do alimentador da concessionária elétrica local ao qual este gerador se encontra conectado (TDE-07). O trabalho mostra o quanto este SFIRD contribui nos momentos mais críticos da operação do alimentador TDE-07. Utilizando para isso o Fator Efetivo de Capacidade de Carga (FECC). O trabalho mostra também o quanto este SFIRD contribui no total de energia consumida por este alimentador e qual seria a contribuição esperada caso um número significativo de edificações residenciais da mesma região fossem equipadas com um gerador solar semelhante. In search for new options to build a different energy mix, grid-connected, building-integrated PV generators (BIPV) are an alternative to urban areas because they constitute a distributed generation tool providing energy that will be generated at the point of use. BIPVs do not require new areas to be installed, since they use areas that are already occupied by the building envelope. This thesis shows the study of a BIPV system that has been connected to a very commercial feeder which has a diurnal load peak which matches the solar radiation profile very closely. This BIPV installation is operating continually since 1997 in Laboratório de Energia Solar of Universidade Federal de Santa Catarina (LABSOLAR/UFSC), in Florianópolis - Brazil. The research compares the amounts of energy generated by BIPV installations with the energy demands of the respective Utility feeder (TDE-07) to which this BIPV installation is connected. The results presented show that on top of the energy produced, BIPV installations can assist distribution feeders during load peaks (peak-shaving capability). To quantify this benefit, the Effective Load Carrying Capacity (ELCC) concept was used. The study also shows the potential of BIPV solar generators in residential buildings in contributing to the total energy demands of the Utility feeder studied.

TELES FILHO, P. M. C. Estudos da viabilidade econômica da micro e minigeração fotovoltaica à luz da resolução normativa nº 482 da ANEEL. 76 f. 2015. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-01-12T16:48:48Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_pmctelesfilho.pdf: 1748027 bytes, checksum: f6eef34c0c3a76909bbced0418ab6c36 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-01-13T16:51:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_pmctelesfilho.pdf: 1748027 bytes, checksum: f6eef34c0c3a76909bbced0418ab6c36 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-13T16:51:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_pmctelesfilho.pdf: 1748027 bytes, checksum: f6eef34c0c3a76909bbced0418ab6c36 (MD5) Previous issue date: 2015-10-27 / This work consists in performing an economic study regarding the implementation of photovoltaic micro and minigeneration in the Northeast region of Brazil, considering the Compensation System for Electric Energy. A thorough literature review is presented focused on concept of solar energy, as well as potential applications and inherent advantages and disadvantages. In order do understand the current market scenario comprising photovoltaic generation in Brazil, the costs associated to several system components and involved taxes are evaluated. In order to assess solar resources in a given study region and evaluate the amount of energy that generated during one year, three examples regarding systems rated at 1.5 kW, 100 kW and 1 MW are presented and discussed. Based on key parameters such as initial investments, generation rate, operation and maintenance costs, and energy generated, the Net Present Value (NPV) and the Internal Rate of Return are calculated of each aforementioned case. It can be seen that a negative NPV is obtained for the 1.5-kW systems, while the positive values exist for the 100-kW and 1-MW ones. Besides, the Internal Rate of Return (IRR) is lower than the financial ends for the 1.5-kW system and higher for the remaining others. / O presente trabalho trata de realizar um estudo econômico de sistemas fotovoltaicos de micro e minigeração para a região Nordeste do Brasil, considerando o Sistema de Compensação de Energia Elétrica. Uma revisão literária aprofundada é apresentada e focada no conceito de energia solar, bem como suas potenciais aplicações e as vantagens e desvantagens inerentes. Para entender a situação atual do mercado com relação à energia fotovoltaica no cenário brasileiro, são apresentados preços de aquisição das componentes que compõem o sistema solar e exemplificados os impostos envolvidos. A fim de mensurar o recurso solar da região de análise e avaliar a quantidade de energia elétrica gerada em um ano, são apresentados e discutidos três exemplos de sistemas com as potências de 1,5 kW, 100 kW e 1 MW. A partir dos dados de investimentos iniciais adotados, taxa de geração, custos de operação e manutenção, energia gerada são calculados o Valor Presente Líquido e a Taxa Interna de Retorno para cada sistema escolhido, tendo como resultados o VPL negativo para o sistema fotovoltaico de 1,5 kW e positivo para os sistemas de 100 kW e 1 MW, e a TIR inferior a taxa de atratividade financeira para o sistema de 1,5 kW e superior para os demais sistemas fotovoltaicos analisados.

ROCHA FILHO, J. I. C. Sistema de seguimento solar de um eixo com diferentes estratégias de seguimento para módulos fotovoltaicos. 2016. 113 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-10-27T12:04:39Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_jicrochafilho.pdf: 3819069 bytes, checksum: 3bd3c505cd8c6f41745179f7a68e78ff (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-10-31T19:20:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_jicrochafilho.pdf: 3819069 bytes, checksum: 3bd3c505cd8c6f41745179f7a68e78ff (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-31T19:20:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_jicrochafilho.pdf: 3819069 bytes, checksum: 3bd3c505cd8c6f41745179f7a68e78ff (MD5) Previous issue date: 2016-07-15 / This document presents the development of a solar tracking system of one axis to a photovoltaic module (PV) in the city of Fortaleza/CE, with components and strategies targeting to obtain a reduced consumption of electricity. For module positioning, three sun tracking strategies were used. In the first, the module movement is made of pre-defined form, defining the times that the module position is updated and the value of the increase in its angular position at each positioning. In the second, a mathematical algorithm was used to make the calculation of the position of the sun in every moment during the day, and the module positioning was made in accordance with the obtained solar angles. In the third, light sensors were used in the module to make detection of the position of the sun in relation to the module and keep it aligned with the sun during the day. Through experiments, were obtained and analyzed gains in power generation provided by the tracking module with each of the strategies used in different climatic conditions, in relation to a fixed PV module. The strategy that made the sun tracking with more accuracy and provide the highest daily liquid gains was that based on the solar algorithm, with values between 127.98 Wh (52.71%) and 38.55 Wh (22.08%), being obtained in the weighted average a value of 48.87%. With the strategy using the light sensors the gains were similar, with a value of 47.15% in the weighted average. With pre-defined tracking, with less accuracy, there was a reduction in gain, with a maximum value of 96.60 Wh (41.05%) in a day of clear sky. By varying the intervals of time between each module positioning, allowing the module to present higher angular deviation from the sun, it was found that for deviations below to 1° the drop in energy gain was reduced, with higher values for deviations bigger than 3.7°. The high rates of daily solar irradiation, with an average value of 5.45 kWh/m2 during the days of experiments, in the city of Fortaleza, latitude -3.74°, contributed to obtain considerable values of gains. The electricity consumption by the tracking system was reduced, with a maximum value of 4.274 Wh/day for the strategy with predefined tracking and minimum of 2.495 Wh/day for the strategy with the solar algorithm. The significant gains, even with strategies with smaller precision on the tracking of the Sun, shows the potential for the use of solar tracking in photovoltaic modules in Fortaleza. / Neste trabalho é feito o desenvolvimento de um sistema de seguimento solar de um eixo para um módulo fotovoltaico (FV) na cidade de Fortaleza/CE, com componentes e estratégias visando se ter um reduzido consumo de energia elétrica. Para o posicionamento do módulo foram utilizadas três estratégias de seguimento do Sol. Na primeira, a movimentação do módulo é feita de forma pré-definida, definindo-se os horários em que é feita a atualização da posição do módulo e o valor do incremento na posição angular do mesmo a cada posicionamento. Na segunda, foi utilizado um algoritmo matemático para se fazer o cálculo da posição do Sol a cada instante durante o dia, sendo o posicionamento do módulo feito de acordo com os ângulos solares obtidos. Na terceira, foram utilizados sensores de luminosidade no módulo para se fazer a detecção da posição do Sol em relação ao mesmo e mantê-lo alinhado com o Sol durante o dia. Por meio de experimentos, foram obtidos e analisados os ganhos na geração de energia elétrica fornecidos pelo módulo com seguimento com cada uma das estratégias utilizadas, em diferentes condições climáticas, em relação a um módulo FV fixo. A estratégia que proporcionou o seguimento com maior precisão e forneceu os maiores ganhos diários líquidos foi aquela baseada no algoritmo solar, com valores entre 127,98 Wh (52,71%) e 38,55 Wh (22,08%), sendo obtido na média ponderada um valor de 48,87%. Com a estratégia utilizando os sensores de luminosidade os ganhos obtidos foram similares, com um valor de 47,15% na média ponderada. Com o seguimento pré-definido, com menor precisão, verificou-se uma redução no ganho, com valor máximo de 96,60 Wh (41,05%), em um dia de céu claro. Variando-se os intervalos de tempo entre cada atualização de posição do módulo, permitindo que o módulo apresentasse maiores desvio angulares em relação ao Sol, verificou-se que para desvios de até 1° a queda no ganho energético foi reduzida, apresentando valores maiores com desvios a partir de 3,7°. Os altos índices de irradiação solar diária, com valor médio de 5,45 kWh/m2 durante os dias de experimentos, na cidade de Fortaleza, de latitude -3,74°, contribuíram para a obtenção de valores consideráveis de ganho. O consumo de energia elétrica do sistema de seguimento foi reduzido, apresentando um valor máximo de 4,274 Wh/dia para a estratégia com seguimento pré-definido e mínimo de 2,495 Wh/dia para a estratégia com o algoritmo solar. Os ganhos significativos obtidos, mesmo com estratégias com menor precisão no acompanhamento do Sol, mostram o potencial para o uso de seguimento solar em módulos fotovoltaicos em Fortaleza.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:00:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329096.pdf: 10519634 bytes, checksum: b7f90ad52507cc4cbf22ae154f5af5d2 (MD5) Previous issue date: 2014 / Estruturas supramoleculares artificiais coletoras de luz são produzidas para reproduzir os mecanismos de transdução de energia luminosa para eletroquímica observados na fotossíntese natural. Dentre elas o protótipo carotenóide(C)-porfirina(P)-fulereno(C60) tem sido o mais estudado. Vários experimentos realizados em tal estrutura, e em outras semelhantes, mostram que o estado fotoexcitado C-1P-C60 decai para o estado de carga separada metaestável C-P.+-C.60- dentro de poucos picossegundos, enquanto que o estado de carga separada final, C.+-P-C.60-, é obtido dentro de centenas de picossegundos. Este trabalho introduz um hamiltoniano de Hückel Estendido polarizável não linear que descreve a dinâmica da carga e o efeito de separação de carga de elétron e buraco em tais tríades por meio de simulações de dinâmica quântica realizadas para o par elétron-buraco fotoexcitado. Os resultados são interpretados com base no efeito de autoconfinamento produzido pela Equação de Schrödinger não linear e esclarecem o papel desempenhado pela polarizabilidade no fenômeno de separação de carga.<br> / Abstract : Artificial light-harvesting supramolecular structures reproduce the light-to-electrochemical energy transduction mechanisms observed in natural photosynthesis. Among them the prototypical carotenoid(C)-porphyrin(P)-fullerene(C60) type of structures have been the most studied. Several experiments performed in such structures, and others alike, have shown that the photoexcited state C-1P-C60 decays to the metastable charge-separated state C - P.+ - C.60- within a few picoseconds, whereas the final charge-separated state, C.+ - P - C.60-, is obtained within hundreds of picoseconds. This work introduces a nonlinear polarizable extended Hückel Hamiltonian that describes the charge dynamics and charge- separation effects in such triads by means of quantum dynamics simulations performed on the photoexcited electron-hole pair. The results are interpreted on the basis of the discrete self-trapping equation and enlighten the role played by the polarizability on charge-separation phenomena.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:10:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328561.pdf: 16437955 bytes, checksum: 66103295eadf0d6c355380c93fc7e2a0 (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho apresenta um sistema de bombeamento de água de baixapotência, acionado por energia solar fotovoltaica para as regiões norte enordeste do Brasil, não abastecidas pela rede pública de distribuição deenergia elétrica. Para tanto, o sistema é composto por dois estágios,sendo o primeiro estágio elevador de tensão e o segundo inversor detensão. No primeiro estágio, um conversor Boost Quadrático (QTN) éutilizado, processando energia do arranjo fotovoltaico, tendo comoobjetivo elevar e estabilizar a tensão no barramento cc. No estágioinversor é empregada a topologia em ponte completa, com modulaçãoPWM senoidal de três níveis. Para controle da tensão, tanto dobarramento cc quanto da bomba vibratória, são empregadas malhas decontrole de tensão utilizando compensadores PI. Além disso, elabora-sedois sistemas simples capazes de testar a capacidade do arranjofotovoltaico de gerar energia suficiente para alimentar a carga: umresistor capaz de se conectar e desconectar do barramento cc compotência similar ao da bomba vibratória e um limitador de ganho doconversor Boost QTN. Um protótipo é construído sendo acoplado a eleum controlador digital, onde as rotinas de controle, inicialização edesligamento do sistema são inseridos. Os resultados experimentais,utilizando módulos fotovoltaicos e uma bomba vibratória, comprovam ofuncionamento satisfatório do conjunto operando de forma autônoma.<br> / Abstract : This thesis presents a low-power water pumping system driven by photovoltaic solar energy to the northern and northeastern regions of Brazil in which there is no public distribution of electricity services. The system is composed of two stages, the first works as a voltage elevator and the second as a inverter voltage. In the first stage, a Boost Quadratic converter (QTN) is used, processing the power from PV array, aiming to elevate and stabilize the voltage on the dc bus. For the inverter stage afull-bridge topology is employed, with three levels sinusoidal modulation. To control both, the dc bus voltage as the vibratory pump voltage, control loops using PI compensators are employed. In addition, two simple systems capable of testing the ability of the PV array togenerate enough energy to supply the load are elaborated a resistor ableto be connect and disconnect from the dc bus with a similar vibratory pump power and a limiter of the Boost converter QTN static gain. A prototype is built and an attached to it a digital controller is attached toit, where the control routines, initiation and shutdown of the system are inserted. The experimental results, using photovoltaic modules and a vibrating pump, validate the satisfactory operation of whole system, in autonomous operation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:55:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327988.pdf: 3203996 bytes, checksum: ecd99e96ced0396c828dcd6f037aa98d (MD5) Previous issue date: 2013 / A geração fotovoltaica (FV) é uma fonte de energia elétrica que converte diretamente a energia do sol de forma silenciosa, não poluente e sem utilizar partes móveis. Isto faz desta fonte de energia um importante complemento à matriz elétrica, com alta confiabilidade e robustez, com baixa necessidade de operação, manutenção e reposição (OM&R). A confiabilidade associada aos geradores FV envolve todos os componentes do sistema, sejam eles: módulos FV, condutores, caixas de junção, inversores, dispositivos de proteção e sistemas de aquisição de dados. Todos estes itens são sujeitos a falhas e sua vida útil está muito relacionada às características climáticas de onde estes se encontram instalados, além das influências elétricas do próprio sistema FV, como da rede elétrica.Módulos FV possuem garantia de sua potência nominal de tipicamente 20 a 30 anos. Os fabricantes, devido à grande capacidade instalada de seu produto, além de extensos testes realizados em laboratório, podem a princípio garantir que os módulos FV irão se comportar dentro dos padrões indicados em seus contratos de garantia. Fabricantes de equipamentos normalmente se amparam em testes de MTBF - Mean time between failures (tempo médio entre falhas) para prever a frequência de falhas de seus produtos. Diversos parâmetros de OM&Rutilizados no dimensionamento e análise econômica dos sistemas FV são tipicamente fornecidos pelos fabricantes dos equipamentos além dos resultados apresentados na literatura. Muitas vezes alguns parâmetros de desempenho são negligenciados na simulação da avaliação do sistema. Os principais parâmetros utilizados são: degradação do módulo FV ao longo dos anos; indisponibilidade do sistema em função de falhas no gerador, inversor ou rede elétrica; vida útil dos inversores; limpeza do sistema em função do acúmulo de sujeira nos módulos, temperatura operacional, distribuição espectral da radiação local, entre outros. Grande parte dos sistemas FV utilizados como estudo de caso para determinação dos parâmetros de OM&R de um sistema são instalados em regiões que não apresentam as mesmas características climáticas experimentadas por sistemas FV instalados no Brasil. Neste caso, a utilização de tais parâmetros pode levar a incertezas na expectativa de geração de energia e avaliação econômica do sistema FV. Este trabalho avalia os dados provenientes dos 15 anos de operação ininterrupta do primeiro sistema FV integrado a uma edificação instalado no Brasil. O gerador FV de 2kWp instalado em Florianópolis opera desde setembro de 1997 e é composto por 54 módulos opacos e 14 módulos semitransparentes de Silício amorfo a-Si de junção dupla. Foram levantados, a partir dos dados medidos pelo sistema, os principais parâmetros relacionados a OM&R de um gerador FV integrado a uma edificação e interligado à rede elétrica. Foram avaliados, ainda, dados históricos de irradiação solar incidente no plano do gerador fotovoltaico e sua comparação com dados provenientes do Atlas Brasileiro de Energia Solar.<br> / Abstract : Photovoltaic (PV) generation is an electric energy source that directly converts sun energy in a silent and clean way, avoiding the use of moving parts. This makes this energy source a highly reliable and robust complement to the energy matrix, with low requirements of operation, maintenance and replacement (OM&R). The reliability associated to PV generators involves all the system components, such as: PV modules, cables, junction boxes, inverters, protection devices and data acquisition systems. All those items can fail and their lifecycle is related to the climatic characteristics of where they are installed, and also to the electric influences of the PV system and the grid. PV modules typically have around 20 to 30 years nominal power warranty. The manufacturers, due to the large accumulated installed capacity, and extensive lab tests, can insure that PV modules will behave in accordance with the corresponding warranty contracts. Equipment manufacturers normally use MTBF (Mean Time Between Failures) tests to assess failures in the products. Many OM&R parameters used for the sizing and economic viability analysis of PV systems are normally provided by the equipment manufacturers, with results widely available on the specialized literature. Quite often, operational parameters are neglected in the simulation of system performance. The main parameters affecting the performance of a PV system are: degradation ofthe PV modules over the years; system unavailability due to failures at the generator, inverters or grid; inverters lifecycle; system cleaning due to the dirt accumulation at the modules, operational temperature, spectral content of the solar irradiation at the site, among others. Most of the PV systems used as case studies for determination of the OM&R parameters of a system are installed in regions that do not present the same climatic characteristics experienced by PV systems installed in Brazil. In these cases, the use of those parameters can result in uncertainties on the expectation of energy generation and economic viability analysis of the PV systems. The present work aims to evaluate the 15 years of operational data provided by the first building-integrated PV system installed in Brazil. The 2kWp PV generator installed in Florianópolis, operates since September 1997 and is comprised by 54 opaque modules and 14 semitransparent, double-junction amorphous silicon (a-Si) modules. The main parameters which were analyzed in this work, using the data provided by the system, are related to the OM&R of a PV generator building-integrated and connected to the grid. Historical data of the solar irradiation at the plane of the PV system in comparison with the data provided by the Brazilian Solar Energy Atlas were also evaluated.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-03-18T21:02:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332876.pdf: 5037067 bytes, checksum: 461ee717f0dbeebbc532185f6381b850 (MD5) Previous issue date: 2014 / Abstract : This work presents control strategies and stability analysis for switched systemswith a proposed application to photovoltaic energy generation systems.The conditions are based on Linear Matrix Inequalities (LMIs).Initially, a general description of the photovoltaic systems is presented coveringthe following aspects: the modeling of a photovoltaic array, some commonconnection topologies, the main objectives, techniques for maximizingthe generated power, among other informations. This content is necessary forthe control design method proposed in this work.Next, a design technique for the stabilization of affine switched systems isshown. The methodology used is based on the Lyapunov?s theory for stabilityof systems, describing sufficient conditions for the proposed switchingrule design in the form of LMIs and solving them using existing softwarepackages. In the sequel, the switching strategy is extended for a class ofnonlinear systems of great interest, especially for the control of photovoltaicsystems. This class is composed of systems containing sector-bounded nonlinearities.Furthermore, a method for stability analysis of switched systemsis proposed, extending the class of switched systems analyzed by the currentliterature. Numerical examples illustrate all the approaches developed.At the end, the application of the nonlinear control techniques to photovoltaicgeneration systems is presented. The main objectives considered are thetracking of the maximum power generation, with robustness to variations ofthe input parameters of the photovoltaic array, and the delivery of only activepower to the grid. Finally, simulation results demonstrate the applicabilityof the methodology for the control of this type of system, evidencing thecompliance of the stated objectives.<br> / Resumo expandido : Durante a última década, a tecnologia de sistemas fotovoltaicos tem mostrado potencial para se tornar uma das principais fontes de energia para o mundo, com crescimento contínuo e robusto, mesmo em tempos de crise econômica e financeira. Visando ampliar o aproveitamento da energia gerada e até mesmo reduzir os custos do sistema, o projeto de técnicas de controle eficientes apresenta grande importância para este tipo de sistema. Em sistemas fotovoltaicos o controle é realizado através de conversores de potência, que são sistemas chaveados. Por este motivo, o foco principal deste trabalho é a apresentação de estratégias de controle e análise de estabilidade para sistemas chaveados com uma proposta de aplicação para sistemas de geração de energia fotovoltaica. As condições de projeto e análise são todas baseadas em desigualdades matriciais lineares (LMIs). Inicialmente, uma descrição geral dos sistemas fotovoltaicos é apresentada, contendo a modelagem de um arranjo fotovoltaico, algumas topologias comuns de conexão, os principais objetivos, técnicas para a maximização da potência gerada, dentre outras informações necessárias para o projeto da técnica de controle proposta para este sistema. Na sequência é mostrada uma técnica de projeto de estratégias de chaveamento, cujo objetivo principal é garantir estabilidade e desempenho de sistemas comutados. A metodologia usada é baseada na teoria de estabilidade de Lyapunov, de modo a descrever condições suficientes para o projeto da lei de chaveamento em forma de LMIs e resolvê-las usando pacotes computacionais existentes. O método se aplica à classe de sistemas chaveados onde cada subsistema tem um campo vetorial afim e considera-se uma lei de chaveamento baseada no máximo entre funções auxiliares. A estabilidade do sistema em malha fechada é garantida mesmo se modos deslizantes ocorram em qualquer superfície de chaveamento resultante do projeto. Os resultados são apresentados para os casos de realimentação completa e realimentação parcial dos estados do sistema. Em seguida, uma das principais contribuições da tese, a proposta de uma extensão da lei de chaveamento para uma classe de sistemas chaveados não lineares é apresentada. O sistema pode conter não linearidades dependentes do estado limitadas em setor, como é o caso da não linearidade existente no modelo de painéis fotovoltaicos. As funções não lineares podem conter também parâmetros incertos, contanto que a função permaneça dentro dos limites do setor dado para toda a faixa de valores de interesse do parâmetro. Além disso, condições de projeto de leis de chaveamento independentes do equilíbrio são fornecidas e, portanto, neste caso a técnica se torna robusta a mudanças no ponto de operação desejado. Por fim, considerações sobre limitar a frequência de chaveamento são discutidas. A aplicação das técnicas descritas anteriormente para topologias comuns de conexão de sistemas fotovoltaicos é apresentada em seguida. Alguns dos desafios superados são a presença de referências variáveis, não linearidades limitadas em setor e medição parcial de estados no mesmo sistema. A aplicabilidade da metodologia para controlar o sistema fotovoltaico é ilustrada através de simulações baseadas em um exemplo numérico usando parâmetros de um sistema real. Como resultado requisitos importantes são satisfeitos, como o rastreamento do ponto de máxima potência e robustez com relação aos parâmetros incertos do painel fotovoltaico. Para a obtenção da robustez foram derivadas equações para determinar um setor que contem a não linearidade para quaisquer valores dos parâmetros. As dificuldades e perspectivas para o caso mais complexo (conexão com a rede elétrica) também são apresentadas. Motivado pela falta de técnicas de análise de estabilidade de sistemas seccionalmente afins contendo modos deslizantes na literatura atual, condições LMI suficientes para resolver este problema são propostas, resultando em outra importante contribuição da tese. As condições são baseadas em uma função de Lyapunov composta pela combinação convexa de funções quadráticas diferentes para cada região do sistema. As condições propostas incluem o importante caso onde o ponto de equilíbrio está localizado na fronteira entre subsistemas afim. Adicionalmente, condições suficientes para análise independentemente da parametrização das superfícies de chaveamento são derivadas, isto é, a superfície de chaveamento pode ser desconhecida neste caso. A nova técnica leva a uma metodologia unificada para a análise de estabilidade de sistemas seccionalmente afins e de sistemas chaveados afins com uma superfície de chaveamento previamente projetada. Esta tese é organizada em sete capítulos, quatro apêndices e referências. O Capítulo 1 tem o objetivo de contextualizar e motivar de forma breve o assunto da tese. O conhecimento básico sobre sistemas fotovoltaicos necessário para a aplicação proposta no documento é concentrado no Capítulo 2. O Capítulo 3 apresenta uma técnica de projeto de uma lei de chaveamento para o controle de sistemas chaveados com campos vetoriais afim. Esta técnica serve de base para as principais contribuições teóricas desta tese, apresentadas nos Capítulos 4, 5 e 6. No Capítulo 4, é apresentado o projeto de leis de chaveamento para sistemas chaveados contendo não linearidades limitadas em um setor, enquanto o Capítulo 5 apresenta a aplicação desta técnica para o controle de sistemas fotovoltaicos. No Capítulo 6, um método para análise de estabilidade de sistemas seccionalmente afins é introduzida. Exemplos numéricos são utilizados para ilustrar todas as contribuições da tese em seus respectivos capítulos. Algumas conclusões são discutidas no Capítulo 7, incluindo uma lista de sugestões para trabalhos futuros. Por fim, três apêndices demonstram o equacionamento de ferramentas de circuitos elétricos trifásicos utilizadas na tese e um apêndice apresenta resumos das publicações geradas pelo autor durante o período de doutorado.

SILVA, O. C. Sistema de refrigeração por tubos de Ranque-Hilsch com abastecimento de instalação de ar comprimido para alimentação com fonte solar fotovoltaica. 2014. 87 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-03-05T12:22:23Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_ocsilva.pdf: 2326044 bytes, checksum: b5dcdc6bd24026f63299649c508a1fb5 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-03-24T11:31:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_ocsilva.pdf: 2326044 bytes, checksum: b5dcdc6bd24026f63299649c508a1fb5 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-24T11:31:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_ocsilva.pdf: 2326044 bytes, checksum: b5dcdc6bd24026f63299649c508a1fb5 (MD5) Previous issue date: 2014-08-28 / The search for new refrigeration systems has become the target of various researchers. Their goal is to reduce the environment impacts resulting from the destruction of the ozone layer and the greenhouse effects that harm life in the planet Earth. Vapor-compression refrigeration systems represent a big fraction of the world energy consumption in houses and commercial stores (between 20 to 25%) and these systems usually run during the day, when the energy demand and the prices are higher. Refrigeration systems are necessary to today’s human activities, such as food and medicament conservation, air conditioning, etc. Photovoltaic systems are reliable energy sources and they can operate separately from the distribution energy grid. For these reasons, there is an increase in the use of refrigeration systems powered by solar photovoltaic panels in rural areas. Ranque-Hilsch tubes or vorticity tubes are commonly used for low cost local refrigeration, where compressed air is available. In this study, a vortex tube was designed, tested, and optimized to operate at pressure levels lower than the conventional values. The purpose is to allow its operation by a compressor system powered by solar photovoltaic panels and, therefore, its installation in locations where there is no electrical grid. In the experimental measurements, temperatures below the water freezing point were reached due to the combination of a number of tube parameters. These low temperature values support the use of the vortex tube in air cooling applications in a more efficient and rational energy use, particularly in remote locations, and can contribute to the solution of the energy demand and environmental problems. / A busca por novos sistemas de refrigeração vem se tornando o alvo de estudo de diversos pesquisadores, com o objetivo de diminuir impactos ambientais referentes à destruição da camada de ozônio e efeito estufa que trazem consigo diversos malefícios à vida no planeta. Sistemas de refrigeração convencionais respondem por boa parte do consumo de energia elétrica de uma residência ou uma empresa (de 20 ou até 25%), e são normalmente ligados durante o dia , quando a demanda é maior e as tarifas mais caras. Dispositivos de refrigeração são indispensáveis nas atividades humanas, como conservação de alimentos, medicamentos, etc. Sistemas fotovoltaicos são fontes de energia elétrica confiáveis e independentes. Por essas razões, atualmente, há um aumento no uso de sistemas de refrigeração acionados por energia solar fotovoltaica nas zonas rurais. Tubos de Ranque-Hilsch ou tubos de vórtice são geralmente utilizados para refrigeração local de baixo custo, onde há a disponibilidade de ar comprimido. Nesse trabalho, um tubo de vórtice foi concebido, testado e otimizado para operação em pressões inferiores às convencionais, de modo a ser alimentado por um compressor acionado por módulos fotovoltaicos, suprindo as necessidades de esfriamento em localidades desprovidas de energia elétrica. Nas medições experimentais, foram obtidas temperaturas abaixo do ponto de congelamento da água por meio da combinação de certos parâmetros, possibilitando a esse sistema de climatização ser utilizado de maneira eficiente e racional em localidades remotas, podendo contribuir para a solução da questão energética e ambiental da sociedade.