Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-20T15:19:24Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) ANÁLISE OPERACIONAL DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO COM ALTA CONCENTRAÇÃO DE 10 kWp INTERLIGADO À REDE.pdf: 7127801 bytes, checksum: 39d3f0fe3404be063b56673557bb9d3d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-20T15:19:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) ANÁLISE OPERACIONAL DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO COM ALTA CONCENTRAÇÃO DE 10 kWp INTERLIGADO À REDE.pdf: 7127801 bytes, checksum: 39d3f0fe3404be063b56673557bb9d3d (MD5) Previous issue date: 2015-08-13 / CNPq / No presente estudo foi avaliado o comportamento da eficiência na geração de energia, desempenho e influência sobre os parâmetros de operação da rede elétrica de um Sistema Fotovoltaico de Alta Concentração (HCPV- High Concentrating Photovoltaics) interligado à rede em condições reais de operação. O sistema foi instalado no Departamento de Energia Nuclear (DEN) da UFPE. Os ensaios experimentais, realizados com medições do recurso solar incidente no local de instalação, permitiram estabelecer o comportamento da energia gerada em condições instantâneas, médias diárias e mensais. O sistema HCPV foi comparado com um sistema convencional de Silício policristalino (Si-P), de capacidade similar, operando nas mesmas condições meteorológicas durante o mesmo período. Ao longo do período de análise verificou-se que devido ao alto índice de nebulosidade, o recurso solar em Recife não promove condições vantajosas para o aproveitamento da elevada eficiência de conversão do sistema HCPV, em média 22%, chegando a níveis de 26%. Quando comparado com o sistema Si-P, embora o sistema HCPV apresente uma eficiência maior, o mesmo gerou, em Recife, 22% a menos de energia que o sistema Si-P, devido à capacidade do Si-P de aproveitar a irradiância global, em média 40% maior que a direta normal vista pelo sistema HCPV. Para realizar uma comparação entre o desempenho e a energia gerada pelos dois sistemas foi utilizado o índice de desempenho (PR - Performance Ratio) e o fator de capacidade. Uma simulação com base nos resultados experimentais, comparando os dois sistemas, foi realizada para as cidades de Petrolina (PE), São Martinho (RS) e Barra (BA). Verificou-se que o sistema HCPV é capaz de gerar 9% a mais de energia em Petrolina que o Si-P. Os valores obtidos para São Martinho e Barra foram 22% e 32% superiores, respectivamente. Os resultados mostram que o sistema HCPV pode vir a ser viável para as localidades, com elevados níveis de irradiância direta. Foi possível verificar que devido à pequena potência instalada do sistema HCPV (10 kWp) - comparada ao nível de consumo de energia do DEN - não houve influência apreciável sobre os parâmetros de operação da rede elétrica. / This work presents an analysis of the power generation, efficiency’s behavior, performance and influence on the electrical grid of a High Concentrating Photovoltaic system (HCPV) connected to the grid operating under real conditions. The system was installed at Nuclear Energy Department (DEN) - UFPE. The experimental tests, with measurements of the solar radiation resources at the installation site, allowed establishing the behavior of generated energy in instantaneous conditions, daily and monthly averages. The HCPV system was compared with a conventional polysilicon (Si-P) system, similarly capacity, operating under the same weather conditions over the same period. Along the analysis period, it was found that due to the high amount of cloud cover, the solar resource in Recife does not promote favorable conditions to take advantage of the high conversion efficiency of the HCPV system, with average of 22%, reaching levels of 26%. When compared with the Si-P system, although the HCPV presents higher efficiency, it has generated, in Recife, 22% less energy than the Si-P system due to the ability of the Si-P to take advantage of the global irradiance, in average 40% higher than the direct normal irradiance “view” by the HCPV system. Making a comparison of the performance and of the energy generated by the two systems we used the performance ratio (PR - Performance Ratio) and capacity factor. A simulation based on the experimental results, comparing the systems, was held for the cities of Petrolina (PE), St. Martin (RS) and Barra (BA). It was found that the HCPV system is capable to generate 9% more energy in Petrolina than the Si-P. The values obtained for St. Martin and Barra were 22% and 32% larger, respectively. The results show that the HCPV system could be viable for locations with high levels of direct irradiance. The analysis of the behavior of the HCPV system connected to electrical grid shows that due to the small installed capacity of HCPV system (10kWp) - compared to the level of the Nuclear Energy Department power consumption - no appreciable influence on the operating parameters of the electric grid could be detected.

Submitted by JORGE ANDRES ARROYAVE ORTEGON (jaarroyaveo@unal.edu.co) on 2018-08-20T15:11:59Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Jorge_Arroyave_Versão_Final_FC(1).pdf: 6142009 bytes, checksum: 185f73f2530ec7bc30607d8a9e004919 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-08-20T20:10:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 arroyaveortegon_ja_me_ilha.pdf: 6142009 bytes, checksum: 185f73f2530ec7bc30607d8a9e004919 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-20T20:10:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arroyaveortegon_ja_me_ilha.pdf: 6142009 bytes, checksum: 185f73f2530ec7bc30607d8a9e004919 (MD5) Previous issue date: 2018-04-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A energia solar pode ser aproveitada como fonte de energia térmica para aquecimento de água, por exemplo, em coletores solares ou como fonte de energia elétrica usando sistemas de células fotovoltaicas. Entretanto, as células fotovoltaicas, geralmente, de custos relativamente altos, têm algumas restrições relacionadas a altas temperaturas de operação e distribuições de temperatura não homogêneas levando a redução da vida útil e eficiência elétrica de tais sistemas. Essas limitações têm sido o foco de pesquisas, a fim de melhorar as eficiências elétricas, regular as temperaturas de operação e reduzir os materiais necessários para fabricação das células. Assim, este projeto de pesquisa tem como objetivo avaliar o desempenho de um dissipador de calor, baseado em microcanais retangulares paralelos, no resfriamento de uma célula fotovoltaica de alta concentração (HCPV-High Concentration Photovoltaic Cell), utilizando-se de análise teórica (modelo térmico), simulação numérica (usando o software comercial CFD ANSYS® Fluent v15) e de uma bancada experimental. Neste trabalho, foram consideradas as condições de máxima radiação (denominado de pior cenário, quando a célula não gera eletricidade e todo o calor deve ser dissipado) e de radiação média ao longo do período considerado. Os dados climatológicos foram obtidos do site Canal Clima - UNESP, com dados historicos do clima na região noroeste paulista. Foi realizada uma revisão do estado da arte a fim de compreender como os sistemas de geração elétrica fotovoltaica podem ser otimizados pelo uso de concentradores solares e materiais mais eficientes (células de junção-múltipla). A influência da temperatura nestes sistemas e como sistemas de resfriamento podem melhorar seu desempenho também foram analisados. Uma bancada experimental permitiu validar os resultados teóricos e numéricos obtidos. Comprovou-se que o uso de dissipador de calor baseado em microcanais pode permitir um controle efetivo da temperatura da célula HCPV, melhorando sua eficiência de conversão de energia solar em energia elétrica. O dissipador de calor foi avaliado sob condições de fluxo de calor constante, variando-se a velocidade mássica, G, no intervalo de 300 kg/m2s a 1500 kg/m2s. Assim, foi possível manter a superfície da célula a uma temperatura de 40°C, aproximadamente, para uma queda de pressão de, em média, 6 kPa. Os resultados das três análises apresentaram comportamentos similares e a concordância entre eles foi razoável, considerando as limitações de cada abordagem. / Solar energy can be used as a source of thermal energy in solar collectors, for example, or as a source of electricity using photovoltaic cell systems. However, photovoltaic cells requires high investments having some restrictions related to high operating temperatures and nonhomogeneous temperature distributions, leading to a reduction in the useful life and electrical efficiency. These limitations have been the focus of researches in order to improve electrical efficiencies, to regulate operating temperatures, and to reduce required materials in the cells. Thus, this research project aims to evaluate the performance of a heat sink based on parallel rectangular microchannels for cooling of a high concentration photovoltaic cell (HCPV), using theoretical analysis (thermal model), numerical simulation (using commercial software CFD ANSYS® Fluent v15) and an experimental bench. In this work, it was considered the conditions of maximum radiation (named worst scenario, when the cell does not generate electricity and all the heat must be dissipated) and the average radiation over the period considered. These climatological data were obtained from the Canal Clima – UNESP site, in the northwestern region of São Paulo state. A review on the subject was carried out in order to understand how solar photovoltaic systems can be optimized using solar concentrators and more efficient materials (multiple-junction cells). The influence of temperature and cooling systems were analyzed. An experimental bench was built, which allowed the validation of the theoretical and numerical results. The use of microchannel heat sinks can allow an effective temperature control of the HCPV cell, improving its efficiency of converting thermal energy into electrical energy. The heat sink was evaluated for different heat flux values and for mass velocity, G, in a range of 300 kg/m2s to 1500 kg/m2s. It was possible to maintain the high concentration cell at 40 °C with a pressure drop of 6 kPa, for the worst scenario. The three analyzes presented similar behavior and the agreement between them was reasonable, considering the approaches limitations. / FAPESP 2013/15431-7 / CNPq 458702/2014-5

Orientador: Elaine Maria Cardoso / Resumo: A energia solar pode ser aproveitada como fonte de energia térmica para aquecimento de água, por exemplo, em coletores solares ou como fonte de energia elétrica usando sistemas de células fotovoltaicas. Entretanto, as células fotovoltaicas, geralmente, de custos relativamente altos, têm algumas restrições relacionadas a altas temperaturas de operação e distribuições de temperatura não homogêneas levando a redução da vida útil e eficiência elétrica de tais sistemas. Essas limitações têm sido o foco de pesquisas, a fim de melhorar as eficiências elétricas, regular as temperaturas de operação e reduzir os materiais necessários para fabricação das células. Assim, este projeto de pesquisa tem como objetivo avaliar o desempenho de um dissipador de calor, baseado em microcanais retangulares paralelos, no resfriamento de uma célula fotovoltaica de alta concentração (HCPV-High Concentration Photovoltaic Cell), utilizando-se de análise teórica (modelo térmico), simulação numérica (usando o software comercial CFD ANSYS® Fluent v15) e de uma bancada experimental. Neste trabalho, foram consideradas as condições de máxima radiação (denominado de pior cenário, quando a célula não gera eletricidade e todo o calor deve ser dissipado) e de radiação média ao longo do período considerado. Os dados climatológicos foram obtidos do site Canal Clima - UNESP, com dados historicos do clima na região noroeste paulista. Foi realizada uma revisão do estado da arte a fim de compreender como os sistemas de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Solar energy can be used as a source of thermal energy in solar collectors, for example, or as a source of electricity using photovoltaic cell systems. However, photovoltaic cells requires high investments having some restrictions related to high operating temperatures and nonhomogeneous temperature distributions, leading to a reduction in the useful life and electrical efficiency. These limitations have been the focus of researches in order to improve electrical efficiencies, to regulate operating temperatures, and to reduce required materials in the cells. Thus, this research project aims to evaluate the performance of a heat sink based on parallel rectangular microchannels for cooling of a high concentration photovoltaic cell (HCPV), using theoretical analysis (thermal model), numerical simulation (using commercial software CFD ANSYS® Fluent v15) and an experimental bench. In this work, it was considered the conditions of maximum radiation (named worst scenario, when the cell does not generate electricity and all the heat must be dissipated) and the average radiation over the period considered. These climatological data were obtained from the Canal Clima – UNESP site, in the northwestern region of São Paulo state. A review on the subject was carried out in order to understand how solar photovoltaic systems can be optimized using solar concentrators and more efficient materials (multiple-junction cells). The influence of temperature and cooling systems were analyzed. An exp... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre