Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniera Civil Eléctrica / El desierto de Atacama anida abundantes recursos naturales en sus 105.000 km2. Éste contiene las reservas más grandes de cobre y productos no metálicos del mundo, y los niveles mundiales de irradiancia más altos con un promedio anual de 2.500 kWh/m2 de Irradiancia Horizontal Global (GHI), 3.500 kWh/m2 de Irradiancia Directa Normal (DNI) y de 4.000 horas de sol. A pesar de tener muchas ventajas, también presenta desafíos importantes. A modo de ejemplo, se sabe que las dosis anuales de UV-B en el desierto de Atacama son cerca de un 40% más altas que las típicas del norte de África. Esta parte del espectro no genera más electricidad y podría perjudicar los materiales utilizados en los módulos fotovoltaicos (FV), reduciendo su vida útil. Por ende, un módulo vidrio/vidrio (bifacial) especialmente diseñado para nuestro desierto es parte de la I+D+i FV en el programa solar nacional. Para materiales y diseños de módulos FV ya existentes, datos acerca de observaciones sobre su degradación son variables en su nivel de detalle, consistencia, calidad y significancia estadística. Además, la información disponible acerca de fallas típicas de módulos FV instalados en el desierto de Atacama es escasa o inexistente. A partir del contexto señalado, el objetivo principal de esta tesis es diseñar e implementar una herramienta de inspección para recolectar datos (IDCTool, por sus siglas en inglés), con el fin de evaluar módulos FV que operan en condiciones climáticas desérticas y caracterizarlos. La propuesta se basa en el estado-del-arte de prácticas en terreno junto con la definición de un conglomerado de criterios para su uso en soluciones FV de baja escala. Su implementación incluye el desarrollo de una encuesta, equipos y herramientas; y procedimientos para pruebas en terreno y análisis. IDCTool fue usada para una campaña en la región de Arica y Parinacota, la que es representativa de climas desérticos. Los resultados obtenidos fueron analizados de acuerdo con el procedimiento propuesto. La propuesta metodológica de esta tesis se validó mediante la campaña de Arica. Los 15 sitios visitados (comuna de Arica) fueron clasificados en 4 zonas: la costa, el centro de la ciudad, el valle y el desierto. Durante la campaña se inspeccionó 95 módulos FV, de los cuales se encontraron 9 fabricantes distintos. Los módulos operando por más tiempo llevaban 13 años instalados, los más nuevos llevaban 2 años. Todos los módulos inspeccionados estaban compuestos por un vidrio frontal, una lámina polimérica trasera y marco de aluminio. Según los resultados, no se presentaron fallas en cables, conectores ni celdas solares. La falla más típica fue el efecto soiling con 52 casos de soiling ligero y 39 de soiling fuerte. Otras fallas típicas fueron corrosión menor de la puesta a tierra (18 casos) y corrosión del marco (12 casos). En relación a los parámetros eléctricos, la mayor degradación se observó en la potencia nominal con una caída máxima de 39,08% y una caída promedio de 13,19±6,22%. En relación a la diferencia de temperatura de operación de los módulos FV con respecto a la temperatura ambiente, la mayor diferencia fue 24,45°C con un promedio de 11,67°C. Se encontró que la celda más caliente de todo el universo inspeccionado operaba a 99,4°C, mientras que en promedio las celdas más calientes operaban a 64,0°C. Con respecto a las anormalidades térmicas, se encontraron 2 módulos FV con patrón PID y 12 módulos mostraron celdas homogéneamente muy calientes. El trabajo realizado indica que la herramienta desarrollada, incluyendo la metodología para el análisis, entrega datos en formato estándar capaces de caracterizar módulos FV. Los datos analizados fueron estudiados mediante sus tendencias con el uso de herramientas estadísticas. Por ende, fue posible realizar conclusiones y recomendaciones. A pesar de esto, y debido a la falta de módulos inspeccionados, los fenómenos encontrados durante la campaña no pueden ser generalizados. En efecto, nuestro análisis no está validado por evidencia estadística sólida. En este contexto, el desarrollo de una base de datos significativa, mediante el uso de la IDCTool, será el mejor conjunto de datos como punto de partida para comenzar a hacer recomendaciones concluyentes para desarrollos en el ámbito FV.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2017-03-16T13:43:10Z No. of bitstreams: 1 Gleiton Ariel Guedes Pires_.pdf: 999723 bytes, checksum: c4e2ac031c9624b170d72249a1b0512d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-16T13:43:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gleiton Ariel Guedes Pires_.pdf: 999723 bytes, checksum: c4e2ac031c9624b170d72249a1b0512d (MD5) Previous issue date: 2016-10-25 / FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos / itt Chip - Instituto Tecnológico de Semicondutores da Unisinos / O Brasil apresenta grande potencial de geração de energia solar fotovoltaica, em um contexto de crescente demanda de energia. Em vista disso, torna-se necessária a correta e eficaz caracterização elétrica dos módulos fotovoltaicos. Esta caracterização é importante tanto na determinação da curva I-V (corrente – tensão), quanto em outros parâmetros (produtividade fotovoltaica 𝑌�������𝑓�������, perdas de captura Lc e desempenho global PR) de estimativa de produtividade energética. Este trabalho descreve a metodologia utilizada para a caracterização de quatro tecnologias de módulos fotovoltaicos (monocristalino, policristalino, CIGS e silício amorfo) e uma análise de produtividade energética para a cidade Porto Alegre – RS. Para tanto, foi estipulado um gerador fotovoltaico de 1kW pico, considerando um sistema conectado à rede com Fator de Dimensionamento (FDI) igual a 1,0. Utilizando-se o software PVsyst, foram quantificadas as produtividades energéticas devido à inclinação de instalação e à variação azimutal. A análise dos resultados levou em conta três parâmetros: a produtividade dos módulos, as perdas de captura e o desempenho global do sistema PR. Foram analisadas diversas configurações de posicionamento e de inclinação de instalação dos módulos e, posteriormente, foi realizado um comparativo entre os resultados obtidos em relação à produtividade energética na posição de referência, que consiste em instalar os módulos para o norte geográfico com inclinação próxima à latitude do local. A pesquisa indica que os módulos monocristalino e policristalino apresentam bons desempenhos orientados entre leste e oeste com ângulos de inclinação de até 40°. Os módulos CIGS e a-Si apresentam bons índices desempenho orientados a norte e oeste com ângulos de inclinação de até 30°. / The fat the Brazil presents a major photovoltaic solar energy generation, allied to the increasing energy demand, it makes necessary the correct and efficient photovoltaic modules electric characterization. This characterization is important to the determination of the I-V curve (current-tension), as well as in other parameters (Yield Factor Yf, capture losses Lc and performance ratio PR) for the estimate energy productivity. This study describes the methodology utilized for the characterization of four photovoltaic modules technologies (monocrystalline, polycrystalline, CIGS and amorphous silicon) and an energy productivity analysis for the city of Porto Alegre – RS. For that, was stipulated a 1kW peak photovoltaic generator, considering a grid-connected system with a Sizing Factor (FDI) equal to 1,0. Using the PVsyst software, Power productivity was quantified due to the installation inclination and the azimuthal variation. The results analysis took in account three parameters: module productivity, capture losses, performance ratio of the system. Several positioning configurations and modules installation inclination were analyzed. Posteriorly, a comparison was made between the results gathered according to the power productivity in the reference position, which consists in installing the modules to the geographic north with inclination close to the local latitude. The research indicates that the monocrystalline e polycrystalline modules present good performance when oriented between east and west with inclination angles up to 40º. The CIGS and a-Si modules present good ratio when oriented north and west with inclination angles up to 30º

A geração de energia solar fotovoltaica tem crescido anualmente em utilização. Com o aumento dos custos de geração de energia elétrica, fontes renováveis de energia como essa crescem em interesse, até mesmo em aplicações residenciais de microgeração. Este trabalho apresenta o projeto, construção e ensaios de um rastreador solar autônomo, com controle e aquisição de dados de sensoriamento baseado em sistemas embarcados totalmente projetados e produzidos no país, com o objetivo de se aumentar o ganho de energia elétrica gerada a partir de painéis solares de mercado. O projeto do firmware de controle e os algoritmos utilizados foram adaptados continuamente até se atingir os melhores resultados. Foi utilizado um painel solar comum de mercado para realizar os testes, e as placas de circuito impresso projetadas foram confeccionadas localmente. A tomada de dados em diferentes ensaios mostrou que o rastreamento solar de fato aumentou o ganho de energia elétrica com um painel solar comum de mercado, mesmo com alguns problemas a serem corrigidos em uma próxima pesquisa. Assim, a pesquisa realizada confirmou o ganho de energia elétrica para o painel solar escolhido. / Photovoltaic solar generators have grown annually in use. With the increase in electricity generation costs, renewable sources of energy like that grow in interest, even in residential microgeneration applications. This work presents the design, construction and testing of a standalone solar tracker, with control and acquisition of sensors data based on embedded systems totally designed and produced in the country, aiming to increase the power generated from retail solar panels. The firmware design and used algorithms have been continuously adapted to achieve the best results. It was used a standard solar panel to perform the tests, and the designed printed circuit boards were manufactured locally. The data taken in different tests showed that the solar tracking actually increased the power generated with a standard solar panel, even with some problems in the design that have to be corrected in a future implementation. So the project was validated and can be used, including microgeneration in ordinary houses.

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

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-09-12T14:19:20Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Artur_Muniz_Dissertacao_Digital_Biblioteca.pdf: 14042205 bytes, checksum: 21290a8d10774b2848f16e9351043b9a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-12T14:19:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Artur_Muniz_Dissertacao_Digital_Biblioteca.pdf: 14042205 bytes, checksum: 21290a8d10774b2848f16e9351043b9a (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / FACEPE / A curva da potência em função da tensão nos terminais de uma conexão em série de módulos fotovoltaicos, com diodos de passagem protetores, exposta a um sombreamento parcial, exibe um comportamento com múltiplos picos. Os múltiplos picos tornam as estratégias clássicas de seguimento do ponto de máxima potência, ou MPPT, ineficazes. Em primeiro momento, este trabalho realiza uma análise estatística que determina uma região trapezoidal no plano tensão potência onde o ponto de máxima potência global está inserido para qualquer situação de irradiâncias múltiplas e temperatura, para configurações com inversor central e módulos conectados em séries puras ou conectadas em paralelo. Em segundo momento, este trabalho pesquisa as técnicas de MPPT Global que rastreiam o ponto de máxima potência global de uma curva tensão potência com múltiplos picos. Duas destas técnicas são estudadas a fim de avaliar a rapidez em encontrar o ponto de máxima potência global e a energia perdida na busca. Por fim, é proposta uma nova técnica de MPPT Global baseada no estudo estatístico preliminar. Esta nova técnica é proposta tirando proveito do trapézio delimitado na análise estatística. / The power-voltage characteristic of series arrays of photovoltaic modules with bypass diodes under partial shading conditions, displays a multiple peaks behavior. The multiple peaks make the classical algorithms of maximum power point tracking, or MPPT, ineffective. At first, this work performs a statistical analysis that determines a trapezoidal region in the power voltage plan where the global maximum power point is situated for any situation from multiple irradiances and any temperature, for central inverter configuration with a series array of modules or parallel connected series arrays. Soon after, this paper researches the Global MPPT techniques that track the global maximum power point of power-voltage curves with multiple peaks. Some of these techniques are studied to assess how fast they can find the global maximum power point and the energy lost at this search. Finally, it is proposed a new Global MPPT technique based on the preliminary statistical study. This new technique is proposed taking advantage of the trapezoidal region defined in the statistical analysis.

A geração de energia solar fotovoltaica tem crescido anualmente em utilização. Com o aumento dos custos de geração de energia elétrica, fontes renováveis de energia como essa crescem em interesse, até mesmo em aplicações residenciais de microgeração. Este trabalho apresenta o projeto, construção e ensaios de um rastreador solar autônomo, com controle e aquisição de dados de sensoriamento baseado em sistemas embarcados totalmente projetados e produzidos no país, com o objetivo de se aumentar o ganho de energia elétrica gerada a partir de painéis solares de mercado. O projeto do firmware de controle e os algoritmos utilizados foram adaptados continuamente até se atingir os melhores resultados. Foi utilizado um painel solar comum de mercado para realizar os testes, e as placas de circuito impresso projetadas foram confeccionadas localmente. A tomada de dados em diferentes ensaios mostrou que o rastreamento solar de fato aumentou o ganho de energia elétrica com um painel solar comum de mercado, mesmo com alguns problemas a serem corrigidos em uma próxima pesquisa. Assim, a pesquisa realizada confirmou o ganho de energia elétrica para o painel solar escolhido. / Photovoltaic solar generators have grown annually in use. With the increase in electricity generation costs, renewable sources of energy like that grow in interest, even in residential microgeneration applications. This work presents the design, construction and testing of a standalone solar tracker, with control and acquisition of sensors data based on embedded systems totally designed and produced in the country, aiming to increase the power generated from retail solar panels. The firmware design and used algorithms have been continuously adapted to achieve the best results. It was used a standard solar panel to perform the tests, and the designed printed circuit boards were manufactured locally. The data taken in different tests showed that the solar tracking actually increased the power generated with a standard solar panel, even with some problems in the design that have to be corrected in a future implementation. So the project was validated and can be used, including microgeneration in ordinary houses.

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