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 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.

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.

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.

Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede convertem diretamente a energia solar em energia elétrica entregando à rede elétrica de distribuição uma energia limpa e renovável. Esses sistemas são formados basicamente por um conjunto de módulos fotovoltaicos e inversores que são responsáveis por converterem energia elétrica em corrente contínua em energia elétrica em corrente alternada. Esta Tese apresenta um estudo de características elétricas e térmicas de inversores utilizados em sistemas conectados à rede a partir de uma análise teórica e experimental. Os ensaios de inversores foram realizados em duas etapas: a primeira etapa foi desenvolvida no Laboratório de Energia Solar (Labsol) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) onde foi utilizado um sistema fotovoltaico de 4,8 kWP e dez modelos de inversores de diferentes fabricantes. As características elétricas de inversores que foram medidas e analisadas são: eficiência de conversão de corrente contínua em corrente alternada, eficiência do seguidor do ponto de máxima potência, fator de potência e distorção harmônica na corrente e na tensão. Ensaios térmicos de inversores também foram realizados e os resultados apresentados e analisados. A segunda etapa dos ensaios foi desenvolvida no Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica do Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) na Espanha onde foi utilizado um sistema fotovoltaico de 3 kWP e sete modelos de inversores de diferentes fabricantes. Os inversores ensaiados são monofásicos de potência até 5 kW e de diferentes topologias (transformador de alta freqüência, baixa freqüência e sem transformador). A influência da tensão CC de entrada no comportamento da eficiência CC/CA e do fator de potência foi analisada. Os resultados obtidos nos ensaios permitiram o desenvolvimento de modelos matemáticos que descrevem o comportamento elétrico e térmico de inversores. Os modelos matemáticos propostos foram inseridos em um programa de simulação computacional desenvolvido no Labsol da UFRGS, denominado FVConect. A evolução dos resultados da simulação comparada valida plenamente os modelos utilizados. A análise dos resultados do comportamento de inversores amplia o conhecimento sobre o funcionamento desses equipamentos e a sua interação dinâmica com os demais componentes de sistemas fotovoltaicos conectados à rede. / Grid-connected photovoltaic systems directly convert solar energy into electrical energy delivering to the distribution grid a clean and renewable energy. These systems are basically formed by an array of photovoltaic modules and inverters. The inverters are responsible for converting direct current to alternating current. This Thesis presents a study of electrical and thermal characteristics of inverters used in grid-connected photovoltaic systems from a theoretical and experimental analysis. The inverters tests were carried out in two stages: the first stage was performed at Solar Energy Laboratory at Federal University of Rio Grande do Sul where it was used a 4,8 KWP grid-connected photovoltaic system and ten inverters of different manufacturers. The proposed mathematical models were inserted into computer simulation software developed at UFRGS named FVConect. The evolution of the simulation results compared to the experimental results validates the proposed models. The analysis of the behavior of the inverters improves the understanding of the operating of such equipment and their dynamic interaction with other grid-connected photovoltaic system components.

Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede convertem diretamente a energia solar em energia elétrica entregando à rede elétrica de distribuição uma energia limpa e renovável. Esses sistemas são formados basicamente por um conjunto de módulos fotovoltaicos e inversores que são responsáveis por converterem energia elétrica em corrente contínua em energia elétrica em corrente alternada. Esta Tese apresenta um estudo de características elétricas e térmicas de inversores utilizados em sistemas conectados à rede a partir de uma análise teórica e experimental. Os ensaios de inversores foram realizados em duas etapas: a primeira etapa foi desenvolvida no Laboratório de Energia Solar (Labsol) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) onde foi utilizado um sistema fotovoltaico de 4,8 kWP e dez modelos de inversores de diferentes fabricantes. As características elétricas de inversores que foram medidas e analisadas são: eficiência de conversão de corrente contínua em corrente alternada, eficiência do seguidor do ponto de máxima potência, fator de potência e distorção harmônica na corrente e na tensão. Ensaios térmicos de inversores também foram realizados e os resultados apresentados e analisados. A segunda etapa dos ensaios foi desenvolvida no Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica do Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) na Espanha onde foi utilizado um sistema fotovoltaico de 3 kWP e sete modelos de inversores de diferentes fabricantes. Os inversores ensaiados são monofásicos de potência até 5 kW e de diferentes topologias (transformador de alta freqüência, baixa freqüência e sem transformador). A influência da tensão CC de entrada no comportamento da eficiência CC/CA e do fator de potência foi analisada. Os resultados obtidos nos ensaios permitiram o desenvolvimento de modelos matemáticos que descrevem o comportamento elétrico e térmico de inversores. Os modelos matemáticos propostos foram inseridos em um programa de simulação computacional desenvolvido no Labsol da UFRGS, denominado FVConect. A evolução dos resultados da simulação comparada valida plenamente os modelos utilizados. A análise dos resultados do comportamento de inversores amplia o conhecimento sobre o funcionamento desses equipamentos e a sua interação dinâmica com os demais componentes de sistemas fotovoltaicos conectados à rede. / Grid-connected photovoltaic systems directly convert solar energy into electrical energy delivering to the distribution grid a clean and renewable energy. These systems are basically formed by an array of photovoltaic modules and inverters. The inverters are responsible for converting direct current to alternating current. This Thesis presents a study of electrical and thermal characteristics of inverters used in grid-connected photovoltaic systems from a theoretical and experimental analysis. The inverters tests were carried out in two stages: the first stage was performed at Solar Energy Laboratory at Federal University of Rio Grande do Sul where it was used a 4,8 KWP grid-connected photovoltaic system and ten inverters of different manufacturers. The proposed mathematical models were inserted into computer simulation software developed at UFRGS named FVConect. The evolution of the simulation results compared to the experimental results validates the proposed models. The analysis of the behavior of the inverters improves the understanding of the operating of such equipment and their dynamic interaction with other grid-connected photovoltaic system components.

Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede convertem diretamente a energia solar em energia elétrica entregando à rede elétrica de distribuição uma energia limpa e renovável. Esses sistemas são formados basicamente por um conjunto de módulos fotovoltaicos e inversores que são responsáveis por converterem energia elétrica em corrente contínua em energia elétrica em corrente alternada. Esta Tese apresenta um estudo de características elétricas e térmicas de inversores utilizados em sistemas conectados à rede a partir de uma análise teórica e experimental. Os ensaios de inversores foram realizados em duas etapas: a primeira etapa foi desenvolvida no Laboratório de Energia Solar (Labsol) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) onde foi utilizado um sistema fotovoltaico de 4,8 kWP e dez modelos de inversores de diferentes fabricantes. As características elétricas de inversores que foram medidas e analisadas são: eficiência de conversão de corrente contínua em corrente alternada, eficiência do seguidor do ponto de máxima potência, fator de potência e distorção harmônica na corrente e na tensão. Ensaios térmicos de inversores também foram realizados e os resultados apresentados e analisados. A segunda etapa dos ensaios foi desenvolvida no Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica do Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) na Espanha onde foi utilizado um sistema fotovoltaico de 3 kWP e sete modelos de inversores de diferentes fabricantes. Os inversores ensaiados são monofásicos de potência até 5 kW e de diferentes topologias (transformador de alta freqüência, baixa freqüência e sem transformador). A influência da tensão CC de entrada no comportamento da eficiência CC/CA e do fator de potência foi analisada. Os resultados obtidos nos ensaios permitiram o desenvolvimento de modelos matemáticos que descrevem o comportamento elétrico e térmico de inversores. Os modelos matemáticos propostos foram inseridos em um programa de simulação computacional desenvolvido no Labsol da UFRGS, denominado FVConect. A evolução dos resultados da simulação comparada valida plenamente os modelos utilizados. A análise dos resultados do comportamento de inversores amplia o conhecimento sobre o funcionamento desses equipamentos e a sua interação dinâmica com os demais componentes de sistemas fotovoltaicos conectados à rede. / Grid-connected photovoltaic systems directly convert solar energy into electrical energy delivering to the distribution grid a clean and renewable energy. These systems are basically formed by an array of photovoltaic modules and inverters. The inverters are responsible for converting direct current to alternating current. This Thesis presents a study of electrical and thermal characteristics of inverters used in grid-connected photovoltaic systems from a theoretical and experimental analysis. The inverters tests were carried out in two stages: the first stage was performed at Solar Energy Laboratory at Federal University of Rio Grande do Sul where it was used a 4,8 KWP grid-connected photovoltaic system and ten inverters of different manufacturers. The proposed mathematical models were inserted into computer simulation software developed at UFRGS named FVConect. The evolution of the simulation results compared to the experimental results validates the proposed models. The analysis of the behavior of the inverters improves the understanding of the operating of such equipment and their dynamic interaction with other grid-connected photovoltaic system components.

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[pt] Esta pesquisa investiga as possibilidades de utilização de sistemas fotovoltaicos conectados à rede (SFCR) em comunidades de baixa renda, com o objetivo de compreender como esses sistemas podem ser empregados como ferramentas para promover a inclusão social. O objetivo geral da pesquisa é analisar o uso de SFCR em comunidades de baixa renda no Brasil, buscando entender como esses sistemas podem promover a inclusão social e impulsionar a transição energética justa. Além disso, este estudo explora a conexão entre o uso de SFCR e o conceito de tecnologia social. Para enriquecer e aprofundar a pesquisa, adotou-se o método de pesquisa bibliográfica e análise documental com abordagem qualitativa. Conduziu-se uma extensa busca em diferentes bases de dados, como o SciELO, plataforma Capes e Google Acadêmico, com o objetivo de localizar materiais pertinentes e atualizados para embasar o estudo de forma consistente e abrangente. Os projetos selecionados para a análise documental foram a REVOLUSOLAR e SOLAR PILAR, ambas situadas no Rio de Janeiro. Foram coletados dados documentais e informações oficiais fornecidas pelos projetos, com o intuito de compreender suas estruturas, operações e abordagens de implementação. A análise foi conduzida em consonância com a Matriz de Avaliação Multidimensional, permitindo identificar como esses projetos estavam alinhados com os conceitos estudados. Assim, por meio da análise documental, foi possível investigar como esses projetos incorporaram os princípios de tecnologia social, economia social, transição energética justa e autogestão comunitária, contribuindo para uma compreensão mais aprofundada da aplicação prática desses conceitos em contextos reais. Portanto, o uso do SFCR em processos interativos com a participação das comunidades para solucionar problemas locais foi uma estratégia versátil, adaptada a diferentes projetos. No Brasil, as políticas públicas nacionais, tradicionalmente focadas em educação, saúde, complemento de renda e habitação, visaram atender urgências e obter reconhecimento político. Entretanto, projetos relacionados a matrizes renováveis permaneceram considerados alternativos, geralmente experimentais e localizados, com crescimento lento devido ao seu impacto limitado. A análise de dois projetos existentes evidenciou que, apesar de incentivos sociais e tarifários, o Brasil ainda carecia de políticas públicas para uma transição energética justa, demandando maior atenção a abordagens como as apresentadas na pesquisa. O Programa de Energia Renovável Social (PERS) destaca-se como uma oportunidade para avanços significativos no uso de SFCR em comunidades de baixa renda, promovendo inclusão social na transição energética. Para o sucesso do PERS, é fundamental que as políticas públicas se concentrassem nas comunidades mais carentes, promovendo autogestão e empreendedorismo comunitário, com a formação de cooperativas de energia renovável e o fornecimento de treinamento para gestão autônoma dos sistemas de energia renovável. / [en] This research investigates the possibilities of using grid-connected photovoltaic systems (SFCR) in low-income communities, aiming to comprehend how these systems can be employed as tools to promote social inclusion. The overall objective of the research is to analyze the use of SFCR in low-income communities in Brazil, seeking to understand how these systems can foster social inclusion and drive a fair energy transition. Additionally, this study explores the connection between the use of SFCR and the concept of social technology. To enrich and deepen the research, the methodology of bibliographic research and documentary analysis with a qualitative approach was adopted. An extensive search was conducted across different databases such as SciELO, Capes platform, and Google Scholar, with the aim of locating relevant and updated materials to support the study consistently and comprehensively. The selected companies for documentary analysis were REVOLUSOLAR and SOLAR PILAR, both located in Rio de Janeiro. Documentary data and official information provided by the projects were collected to understand their structures, operations, and implementation approaches. The analysis was carried out in accordance with the Multidimensional Evaluation Matrix, allowing the identification of how these projects aligned with the studied concepts. Through documentary analysis, it was possible to investigate how these projects incorporated the principles of social technology, social economy, fair energy transition, and community self-management, contributing to a deeper understanding of the practical application of these concepts in real contexts. Therefore, the use of SFCR in interactive processes involving community participation to solve local issues proved to be a versatile strategy, adaptable to different projects. In Brazil, national public policies, traditionally focused on education, health, income supplementation, and housing, aimed to address urgencies and gain political recognition. However, projects related to renewable matrices remained considered alternative, often experimental and localized, with slow growth due to their limited impact. The analysis of two existing projects revealed that, despite social and tariff incentives, Brazil still lacked public policies for a fair energy transition, requiring greater attention to approaches presented in the research. The Renewable Social Energy Program (PERS) stood out as an opportunity for significant advancements in the use of SFCR in low-income communities, promoting social inclusion in the energy transition. For the success of PERS, it was crucial for public policies to focus on the most vulnerable communities, promoting community self-management and entrepreneurship through the formation of renewable energy cooperatives and providing training for the autonomous management of renewable energy systems.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a corrente de fuga de modo comum em inversores monofásicos sem transformador utilizados para a conexão de sistemas fotovoltaicos (FV) à rede de distribuição de energia elétrica. O estudo se concentra em inversores do tipo fonte de tensão que empregam a topologia em ponte completa. A partir da adequada modelagem do sistema (rede, conversor e módulo fotovoltaico) identifica-se e quantifica-se a contribuição das tensões de modo comum e modo diferencial para a corrente de fuga. Conclui-se que a tensão de modo comum de alta frequência produzida pelo inversor, que depende da estratégia de modulação por largura de pulso (PWM Pulse Width Modulation) empregada, fornece a maior contribuição para produção da corrente de fuga. Esse estudo mostra que os inversores sem transformador, com topologia em ponte completa e modulação que produz tensão de saída com três níveis, necessitam de medidas adicionais para a minimização da corrente fuga quando aplicados em sistemas fotovoltaicos conectados à rede. Algumas soluções propostas na literatura para a minimização da corrente de fuga baseadas em topologias modificadas e filtros de modo comum são listadas e discutidas. Neste trabalho é proposto um filtro integrado de modo comum e modo diferencial com amortecimento passivo de baixas perdas, para minimizar a corrente de fuga produzida por um inversor monofásico sem transformador. Um exemplo de aplicação do filtro proposto é apresentado juntamente com seu procedimento de projeto, resultados de simulação e experimentais que validam a proposta. Além disso, a influência da variação da indutância da rede elétrica e da capacitância parasita do sistema fotovoltaico no comportamento do filtro proposto é analisada. A influência da variação da indutância da rede no comportamento do sistema de controle e o impacto da corrente de modo comum no projeto dos indutores do lado do conversor também são analisados. / This paper presents a study on the common mode leakage current in single-phase transformerless inverters for grid-connected photovoltaic (PV) systems. The study focuses on voltage source inverters (VSI) employing the full-bridge topology. The common mode and differential mode voltages that contribute to the leakage current are identified and quantified from the analysis of the system model (utility grid, converter and PV module). The system model analysis shows that the high frequency common mode voltage produced by the inverter, which depends on the Pulse Width Modulation (PWM) strategy, is the main source contributing to the leakage current. This work shows that transformerless inverters employing the full-bridge topology and a modulation strategy that produces a three-level output voltage require some leakage current minimization strategy when they are employed in grid-connected PV systems. Some solutions proposed in the literature for leakage current minimization based on modified topologies and common mode filters are listed and discussed. In this dissertation an integrated common and differential filter with low loss passive damping is proposed to minimize the leakage current produced by a single-phase transformerless PV inverter. An application example of the proposed filter is presented with design procedure, simulation and experimental results validating the proposal. Additionally, the influence of grid inductance and PV module parasitic capacitance variations on the behavior of the proposed filter is analyzed. The behavior of the control system considering the grid inductance variation and the impact of the common mode current on the converter side inductors design are also analyzed.