Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para a etiquetagem e qualificação de inversores para Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede, com finalidade de servir de proposta de procedimento para inclusão no Regulamento de Avaliação de Conformidade de Equipamentos e Sistemas Fotovoltaicos do Programa Brasileiro de Etiquetagem. O procedimento desenvolvido avalia os inversores quanto à eficiência, qualidade de energia, proteções e informações operacionais e de instalação. / This work presents the development of a methodology for qualification and labeling of inverters for grid-connected photovoltaic systems, aiming serving as procedural proposal for inclusion in the Conformity Assessment Rules of Equipments and Photovoltaic Systems of the Brazilian Labeling Program. The developed procedure evaluates the inverters efficiency, power quality, protections and operational and installation information.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para a etiquetagem e qualificação de inversores para Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede, com finalidade de servir de proposta de procedimento para inclusão no Regulamento de Avaliação de Conformidade de Equipamentos e Sistemas Fotovoltaicos do Programa Brasileiro de Etiquetagem. O procedimento desenvolvido avalia os inversores quanto à eficiência, qualidade de energia, proteções e informações operacionais e de instalação. / This work presents the development of a methodology for qualification and labeling of inverters for grid-connected photovoltaic systems, aiming serving as procedural proposal for inclusion in the Conformity Assessment Rules of Equipments and Photovoltaic Systems of the Brazilian Labeling Program. The developed procedure evaluates the inverters efficiency, power quality, protections and operational and installation information.

Este trabalho propõe um procedimento para qualificar sistemas fotovoltaicos conectados à rede, o qual possui dois focos principais: o comissionamento e a caracterização da produção de energia. Também resume alguns aspectos normativos relacionados aos sistemas fotovoltaicos, apresenta os principais parâmetros de desempenho utilizados para caracterizar um sistema fotovoltaico, propõe uma metodologia para calcular a energia injetada na rede, a qual incorpora modelos matemáticos e procedimentos de medição, tanto novos quanto convencionais, e aplica essa metodologia em um estudo de caso de um sistema fotovoltaico real. / This work proposes a procedure for qualifying grid-connected photovoltaic systems, which has two main focuses: the commissioning and the characterization of energy production. The work also summarizes some regulatory aspects related to photovoltaic systems, presents the main parameters used to characterize the performance of a photovoltaic system, proposes a methodology to calculate the energy injected into the grid, which incorporates both new and conventional mathematical models and measurement procedures, and applies this methodology to a case of study of a real photovoltaic system.

Este trabalho apresenta a avaliação dos impactos elétricos da inserção da geração distribuída de sistemas fotovoltaicos conectados à rede de distribuição em baixa tensão, com a finalidade de identificar os impactos e demonstrar que estes podem ser controlados. O estudo consistiu de uma avaliação teórica e de um estudo de caso da inserção da geração fotovoltaica considerando aspectos da qualidade de energia da rede, curva de carga resultante, vida útil de transformadores e gestão ativa da demanda. Os resultados mostraram que a inserção da geração fotovoltaica na rede de baixa tensão altera a curva de carga da unidade consumidora, mas que essas alterações podem ser controladas pela gestão ativa da demanda utilizando armazenamento de energia. Os resultados também mostraram que a geração fotovoltaica também afeta a tensão e o fator de potência da unidade consumidora, mas que essas alterações podem ser controladas pela produção de potência reativa pelo inversor. Além disso, verificou- se que a geração fotovoltaica não afetou a distorção harmônica de tensão da rede e que aumentou a vida útil do transformador. / This work presents the evaluation of grid connected photovoltaic systems\' impact on low voltage electrical grid, in order to identify the impacts and demonstrate that it can be controlled. The study consisted of a theoretical evaluation and of a case study of photovoltaic generation inclusion considering aspects of grid power quality, resulting load curve, lifespan of transformers and demand side management. The results showed that the inclusion of photovoltaic generation in low voltage network changes the load curve of the consumer unit, but these changes can be controlled by demand side management using energy storage. The results also showed that the photovoltaic generation also affects the voltage and the power factor of the consumer unit, but these changes can be controlled by the production of reactive power by the inverter. Furthermore, it was found that the photovoltaic generation does not affect the voltage harmonic distortion of the mains and it increases the lifespan of the transformer.

Este trabalho propõe um procedimento para qualificar sistemas fotovoltaicos conectados à rede, o qual possui dois focos principais: o comissionamento e a caracterização da produção de energia. Também resume alguns aspectos normativos relacionados aos sistemas fotovoltaicos, apresenta os principais parâmetros de desempenho utilizados para caracterizar um sistema fotovoltaico, propõe uma metodologia para calcular a energia injetada na rede, a qual incorpora modelos matemáticos e procedimentos de medição, tanto novos quanto convencionais, e aplica essa metodologia em um estudo de caso de um sistema fotovoltaico real. / This work proposes a procedure for qualifying grid-connected photovoltaic systems, which has two main focuses: the commissioning and the characterization of energy production. The work also summarizes some regulatory aspects related to photovoltaic systems, presents the main parameters used to characterize the performance of a photovoltaic system, proposes a methodology to calculate the energy injected into the grid, which incorporates both new and conventional mathematical models and measurement procedures, and applies this methodology to a case of study of a real photovoltaic system.

Este trabalho apresenta a avaliação dos impactos elétricos da inserção da geração distribuída de sistemas fotovoltaicos conectados à rede de distribuição em baixa tensão, com a finalidade de identificar os impactos e demonstrar que estes podem ser controlados. O estudo consistiu de uma avaliação teórica e de um estudo de caso da inserção da geração fotovoltaica considerando aspectos da qualidade de energia da rede, curva de carga resultante, vida útil de transformadores e gestão ativa da demanda. Os resultados mostraram que a inserção da geração fotovoltaica na rede de baixa tensão altera a curva de carga da unidade consumidora, mas que essas alterações podem ser controladas pela gestão ativa da demanda utilizando armazenamento de energia. Os resultados também mostraram que a geração fotovoltaica também afeta a tensão e o fator de potência da unidade consumidora, mas que essas alterações podem ser controladas pela produção de potência reativa pelo inversor. Além disso, verificou- se que a geração fotovoltaica não afetou a distorção harmônica de tensão da rede e que aumentou a vida útil do transformador. / This work presents the evaluation of grid connected photovoltaic systems\' impact on low voltage electrical grid, in order to identify the impacts and demonstrate that it can be controlled. The study consisted of a theoretical evaluation and of a case study of photovoltaic generation inclusion considering aspects of grid power quality, resulting load curve, lifespan of transformers and demand side management. The results showed that the inclusion of photovoltaic generation in low voltage network changes the load curve of the consumer unit, but these changes can be controlled by demand side management using energy storage. The results also showed that the photovoltaic generation also affects the voltage and the power factor of the consumer unit, but these changes can be controlled by the production of reactive power by the inverter. Furthermore, it was found that the photovoltaic generation does not affect the voltage harmonic distortion of the mains and it increases the lifespan of the transformer.

Neste trabalho, são avaliadas diferentes configurações de sistemas fotovoltaicos, levando em consideração os principais tipos de módulos fotovoltaicos comercialmente disponíveis e estruturas de suporte. A comparação é delimitada na região Nordeste do Brasil e é baseada, fundamentalmente, em termos de fator de capacidade. Para uma melhor compreensão dos resultados, são mostradas, previamente, as influências que as variáveis meteorológicas exercem na saída do sistema, bem como os efeitos do fator de dimensionamento do inversor (FDI) e do índice de cobertura do terreno (ICT). Os resultados das simulações computacionais realizadas são apresentados em forma de mapas, nos quais é possível verificar as áreas em que os sistemas fotovoltaicos tendem a gerar mais energia elétrica. Entre as configurações estudadas, os maiores valores foram observados para sistemas que utilizam módulos genéricos de filmes finos montados em rastreadores solares de um eixo horizontal, chegando a 36 % de fator de capacidade (em corrente alternada) em algumas regiões do Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco e Bahia. Além disso, foram evidenciados os ganhos obtidos nos fatores de capacidade ao substituir as estruturas fixas por rastreadores solares. Para um ICT de 0,4, os sistemas que realizam o seguimento, ainda que em um eixo do movimento aparente do Sol, apresentaram ganhos de 18 % a 28 % na energia elétrica anual gerada. / In this work, different configurations of photovoltaic systems are evaluated, considering the main type of commercially available photovoltaic modules and mounting structures. The comparison is delimited to the Northeastern region of Brazil and is based, fundamentally, in terms of capacity factor. The influence on the output of the system of meteorological variables, the inverter loading ratio (ILR 1/FDI) and ground coverage ratio (GCR ICT) are shown in advance for a better understanding of the results. Computational simulations results are presented in maps, in which it is possible to verify the areas where photovoltaic systems tend to generate more electricity. Among the studied configurations, the largest values were observed for systems that use generic thin film modules mounted on one axis horizontal solar trackers, reaching 36 % of capacity factor (in alternating current) in some regions of Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco and Bahia. Additionally, the gains obtained in the capacity factors when replacing fixed structures by solar trackers were shown. For an GCR of 0.4, systems that track, even on one axis, the apparent motion of the Sun showed gains of 18 % to 28 % on annual generated electricity.

Este trabalho caracteriza a Geração Distribuída de eletricidade, no Brasil, por meio de Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede (SFCR), a partir de aspectos técnicos, econômicos e regulatórios. O país possui, atualmente, 35 SFCR em operação, totalizando uma potência instalada de 161,32 kWp. A maior parte dessa potência se encontra nas Regiões Sul e Sudeste e foi implementada por universidades, centros de pesquisa e concessionárias de energia elétrica, com uma pequena participação da iniciativa privada. Foi calculado o custo de geração, a partir da energia solar, utilizando-se SFCR, para dezesseis localidades estrategicamente selecionadas. Esse valor varia em função da maior ou menor disponibilidade do recurso solar e da taxa de desconto adotada, tendo sido encontrado o valor médio de US$ 0,56 /kWh, cerca de 2,1 vezes maior que a tarifa residencial média nas mesmas cidades. Argumentando-se que a tarifa convencional tende a crescer nos próximos anos, pressionada pelo descompasso entre oferta e demanda, e que o custo de geração fotovoltaico tende a diminuir, no mesmo período, devido a ganhos de produtividade no processo de fabricação de componentes fotovoltaicos, elaborou-se um modelo matemático para prever o momento em que esses dois indicadores equiparar-se-ão. Verificou-se que o tempo médio de equiparação será de 7 anos, podendo ser menor que 5,0 anos em localidades onde a tarifa é mais cara que a média nacional e a irradiação média anual é superior à verificada no restante do país. Por fim, o trabalho analisa o enquadramento que a legislação faz dos geradores fotovoltaicos interligados à rede pública de distribuição, apontando os pontos favoráveis e os entraves legais à disseminação dos SFCR. / This work characterizes the Distributed Generation of electricity from Grid-Connected Photovoltaic Systems (GCPS) in Brazil, according to technical, economic and regulatory aspects. The country currently has 35 GCPS in operation, totaling an installed power of 161.32 kWp. Most of this power is in the South and Southeast and has been implemented by universities, research centers and electric power utilities, with a small participation of private initiative. The solar energy generation cost from GCPS was calculated for sixteen strategically selected localities. This value varies varies according to the greater or minor availability of the solar resource and the adopted discounting rate. The average value found was 0.56 US$ /kWh, about 2,1 times bigger than the average residential tariff in the same cities. Arguing that the conventional tariff tends to grow in coming years, pressed by the imbalance between supply and demand, and that the cost of photovoltaic generation tends to decrease over the same period due to productivity gains in the manufacturing process of photovoltaic components, a mathematical model was developed to predict the time that these two indicators will be equal. It was found that the average time of equalization will be 7.0 years and may be less than 5.0 years in locations where the conventional energy is more expensive than the national average and average annual irradiation is higher than that in the rest of the country. Finally, this work presents how the Brazilian legislation deals with the photovoltaic generators connected to the public distribution network, showing the points for and legal obstacles to the dissemination of GCPS.

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-07-13T18:32:37Z No. of bitstreams: 1 Miguel Francisco da Silveira.pdf: 1561110 bytes, checksum: dcb1486a17c6616e1fcf6803ce1272ec (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-13T18:32:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Miguel Francisco da Silveira.pdf: 1561110 bytes, checksum: dcb1486a17c6616e1fcf6803ce1272ec (MD5) Previous issue date: 2013-01-31 / Milton Valente / UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos / Muito tem se falado sobre o uso de fontes alternativas de energia e do uso de pequenas fontes em geração distribuída (GD), especialmente com a nova legislação brasileira que agora considera esta possibilidade. O aproveitamento da energia solar vem crescendo ao longo dos últimos anos, tanto através de seu uso como fonte térmica, quanto através da geração fotovoltaica, baseado no baixo impacto ambiental desta fonte de energia. Este trabalho tem por objetivo estudar o impacto da geração distribuída no sistema de distribuição de energia elétrica pelo uso de geradores fotovoltaicos conectados diretamente à rede de distribuição. O estudo é realizado em regime permanente, sob o ponto de vista elétrico, em um alimentador específico, considerando curvas típicas propostas para dias ensolarados e encobertos. Para esta análise foi utilizada uma base de dados de um ano, com dados de irradiância e de temperatura do ar ambiente coletados na cidade de Porto Alegre - RS entre Julho de 2004 e Junho de 2005. Esta base de dados serviu para estabelecer as curvas típicas de geração de um dia ensolarado e de um dia encoberto, através de uma metodologia desenvolvida. Com o uso destas curvas típicas foi definido o padrão de geração fotovoltaica em um dia ensolarado e em um dia encoberto. Após a definição deste padrão de geração foi possível analisar o impacto em um alimentador específico, localizado na cidade de Viamão - RS. A análise do impacto na rede considerou a influência que a geração distribuída ocasiona nos níveis de tensão nos diferentes nós ao longo do alimentador. Foi considerada uma penetração de 20% de GD, em dois diferentes horários para um dia ensolarado e para um dia encoberto. A potência gerada foi normalizada em relação à potência consumida nos diferentes pontos do alimentador. Os impactos observados na rede de distribuição não foram relevantes, entretanto a geração fotovoltaica contribuiu levemente para a melhora em alguns níveis de tensão que estavam na faixa crítica, em alguns cenários analisados. / Alternative sources of energy and distributed generation (DG) are current subjects, especially in Brazil where the regulations had just changed and now the possibility of DG and compensation of energy can be considered. The use of solar energy has been increased along the last years, thus as a heat source or as photovoltaic (PV) generation, based mainly on the low environmental impact of this energy source. This essay aims to study the impact of distributed generation in the electrical energy distribution system caused by the use of photovoltaic generators connected straight to the distribution grid. The study is done in steady state condition, in a specific feeder, considering typical curves proposed for sunny and cloudy days. A data base of irradiance and temperature of air ambient of one year had been used for this analysis. The data had been collected in the city of Porto Alegre – RS – Brazil, from July 2004 to June 2005. This data base was used to establish the generation typical curves of sunny and cloudy days through a methodology developed. The photovoltaic generation standards for sunny and cloud days had been defined by the use of these typical curves. With these standards were possible to analysis the impact in a specific feeder, located in the city of Viamão – RS – Brazil. The analysis of the impact in the grid considered the influence of distributed generation could cause on voltage levels at different bars along the feeder. It had been considered a penetration of DG of 20%, in two different hourly times for each day, sunny and cloudy typical curves. The power generated had been normalized related to the power consumed in different points of the feeder. The impact observed in the distribution grid is not relevant. However, the distribution generation did contribute to slightly raise some voltage levels that are already among the critical zone, in some of the sets analysed.

Inversores de sistemas fotovoltaicos são equipamentos de eletrônica de potência que fornecem energia elétrica em corrente alternada (CA) a partir de uma fonte de energia elétrica em corrente contínua (CC), no caso, os módulos fotovoltaicos. Estes inversores quando em operação aumentam sua temperatura. Este aumento de temperatura é indesejável, porém é inerente ao seu funcionamento. Equipamentos eletrônicos possuem um limite seguro de temperatura de operação, acima do qual podem ocorrer instabilidades de operação, redução da vida útil ou até mesmo falha drástica. O conhecimento da eficiência de conversão elétrica e das perdas responsáveis pelo aquecimento é importante para o adequado dimensionamento de inversores quando aplicados em sistemas fotovoltaicos conectados à rede, assim como para o desenvolvimento do inversor como produto. Para proteção, para aumento da vida útil, para maior confiabilidade, para maior estabilidade e para maior segurança de operação de componentes, inversores possuem rotinas em seus algoritmos de controle com estratégias automatizadas dedicadas ao gerenciamento térmico. Estas rotinas de proteção e gerenciamento térmico, sempre quando acionadas, tendem a reduzir a capacidade de conversão de potência do inversor, seja pelo acionamento de um ventilador auxiliar, seja pelo deslocamento do ponto de operação em máxima potência. Fabricantes de inversores tratam deste assunto pelo termo “temperature derating” (em inglês) Esta tese apresenta um estudo relacionado a influência da temperatura sobre o desempenho de inversores fotovoltaicos conectados à rede. Avalia tipos de estratégias de gerenciamento térmico e proteção de uso corrente em inversores comerciais. Apresenta resultados de ensaios experimentais para determinação de parâmetros térmicos característicos dos inversores. Descreve um modelo preditivo da temperatura de operação em regime transiente. A partir da determinação experimental de parâmetros térmicos, o modelo preditivo de temperatura de operação foi implementado no software de simulação dinâmica para dimensionamento e avaliação de sistemas fotovoltaicos FVCONECT, desenvolvido no LABSOL/UFRGS, estando o mesmo apto para simular a operação e estimar perdas anuais de desempenho energético decorrentes das rotinas de gerenciamento térmico, dos seus efeitos e das limitações impostas durante a operação de inversores fotovoltaicos conectados à rede. Um dos resultados da simulação é a evolução da temperatura do inversor, permitindo avaliar a frequência e amplitude dos ciclos térmicos ao qual o inversor é submetido e, consequentemente, determinar uma estimativa para durabilidade do inversor. / Photovoltaic inverters are electronic power devices that provide electrical energy in alternating current (AC) from a source of electrical energy in direct current (DC) - a photovoltaic generator, in this case. Inverters increase their temperature when in operation. This rise in temperature is not desirable, but inherent to its operation. Any electronic equipment has a safe operating temperature limit. When this limit is surpassed, operating instability, life reduction or even drastic failure may occur. The knowledge of the electrical conversion efficiency and the losses responsible for the heating is important for the proper sizing of grid-tie inverters in photovoltaic systems, as well as for the development of the inverter as a product. In order to increase the useful life of the device and its components, for greater reliability, safety, stability and security of operation, inverters have routines in their algorithms of control with automated strategies dedicated to the thermal management. These protection and thermal management routines, whenever activated, tend to reduce the power conversion capacity of the inverter, either by the activation of an auxiliary fan or by the displacement of the operating point at maximum power. Inverter manufacturers address this issue by the term "temperature derating". This thesis presents a methodology to evaluate the influence of the performance of different strategies to avoid excessive temperature of the inverter components on its performance and durability It is also made an evaluation of different thermal management strategies and protection used in commercial inverters. Results of experimental tests for determination of thermal parameters characteristic of the inverters are presented. A predictive model of transient operating inverter temperature is also described. From the experimental determination of thermal parameters, the predictive model of operating temperature was implemented to the FVCONECT, a dynamic simulation software for sizing and evaluation of photovoltaic systems developed in LABSOL / UFRGS. With this modification, the software was able to simulate the operation and estimate losses of energy due to the thermal management routines, their effects and the limitations imposed during the operation of grid-tie inverters. One of the results of the simulation is the evolution of the inverter temperature, allowing to evaluate the frequency and amplitude of thermal cycles to which the inverter is subjected and, as a consequence, an estimate of durability of the inverter.