On planet Earth, fossil fuels are the most important sources of energy. However, these resources are limited and being depleted dramatically throughout last decades. Finding feasible substitutes of these resources is an essential duty for humanity. Fortunately, Mother Nature is providing us a number of good solutions for this crucial threat against our planet. Solar irradiance, wind blowing, oceanic and maritime waves are natural resources of energy that are capable of completely covering the annual consumption of all inhabitants on the Earth. In this research a set of components including “Northern Power NPS 100-24” wind generators, “Kyocera KD 145 SX-UFU” PV arrays, “Gildemeister 10kW-40kWh Cellcube” battery bank and HOMER bi-directional converter system were considered and successfully applied on HOMER tool and Particle Swarm Optimization (PSO) method. The main design goals of the presented hybrid system are to use 100% renewable energy resources in the commercial sector, where all power is produced in the immediate vicinity of the business place, adding strong advertising values to the setup. In order to supply hourly required load for a grocery store   (1000 ) in Malmö city with 115 kW peak load and 2002 kWh/d with maximum 0.1% unmet, the system was optimized to achieve minimum Levelized Cost of Energy (LCOE) and the lowest Net Present Cost (NPC). The HOMER simulation for quantitative analysis, along with a Particle Swarm Optimization (PSO) solution method is proposed and the results are compared. The results show that an optimized hybrid system with 3.12  LCOE, and power production of 28.5% by PV arrays and 71.5% by wind generators, is the best practice for this case study. / De fossila bränslena är idag de viktigaste energikällorna på jorden. Dessa resurser är dock begränsade och har utarmats i en allt högre takt under de senaste decennierna. Att hitta möjliga ersättare för dessa resurser är därför viktigt. Lyckligtvis tillhandahåller naturen ett antal bra lösningar för detta avgörande hot mot vår planet. Solstrålning, vind, havsströmmar och -vågor är naturliga resurser av energi som kan täcka hela den årliga globala förbrukningen. I den här rapporten studeras ett hybridsystem bestående av Northern Power NPS 100-24 vindkraftverk, Kyocera KD 145 SX-UFU solcellerspaneler, Gildemeister 10kW-40kWh Cellcube batteribank och HOMER dubbelriktad växelriktare. Detta modellerades och optimerades dels i mjukvaran HOMER, dels via optimeringsmetoden Particle Swarm Optimaization (PSO). Det övergripande designkravet för det presenterade hybridsystemet är att använda 100% förnyelsebar energi i en kommersiell verksamhet, där all elektricitet produceras i närhet av verksamheten, vilket kan ge tydliga marknadsföringsvärden till installationen. För att kunna möta energibehovet varje timme för en livsmedelsbutik (1000 ) i Malmö med 115 kW toppförbrukning och 2002 kWh/dag, med maximalt 0,1% ej mött behov, optimerades systemet för att uppnå minimal energikostnad (Levelized Cost of Energy, LCOE) och lägsta nettonuvärde (Net Present Cost, NPC). En HOMER-simulering för kvantitativ analys, tillsammans med en PSO-optimering, har genomförts och resultaten har jämförts. Resultaten visar att ett optimerat hybridsystem med LCOE på 3,12 SEK/kWh, där solceller står för 28,5% av kraftproduktionen och vindkraftverk för 71,5%, är den bästa lösningen för denna fallstudie.

O presente trabalho visa o desenvolvimento de um sistema de carga e descarga de baterias de chumbo-ácido para sistemas de geração distribuída acoplada a um conjunto de painéis fotovoltaicos e conectada à rede elétrica. O conjunto de painéis opera de forma a maximizar a energia gerada através de um algoritmo MPPT (Maximum Power Point Tracking) e a rede elétrica opera como rota para o excedente produzido pelos painéis. Para que a bateria possa ser carregada e descarregada com eficiência evitando sobrecargas e descarregamentos profundos, uma metodologia de estimação do estado de carga da bateria é implementada visando um controle mais eficiente (maximizando a vida útil da bateria) e um melhor aproveitamento da energia armazenada. Para o gerenciamento da carga e descarga do banco de baterias é utilizada uma topologia bidirecional (Boost-Buck) com controlador fuzzy P+I para estabilização de corrente ou tensão. Em relação à técnica de controle para o sistema PV, um controlador PI clássico é utilizado para regular a tensão terminal e ponto de máxima potência que é definido por um algoritmo de perturbação e observação (P&O). Para validar os controladores e os modelos teóricos desenvolvidos é construído um protótipo do sistema. São analisados, também, o comportamento do sistema de carga das baterias e painel fotovoltaico sob condições extremas como queda abrupta de irradiação solar, desconexão inesperada dos painéis e mudanças no ponto ótimo de funcionamento dos mesmos. / The present work aims to develop a system of charging and discharging lead-acid batteries for distributed generation connected to a set of photovoltaic panels, and used in grid connected applications. The set of panels operates to maximize the energy produced by means of an MPPT (Maximum Power Point Tracking) algorithm and the power grid absorbs the extra power produced by the panels. For charging and discharging the battery pack and to prevent overload and deep discharge, a methodology for estimating the state of charge is implemented in order to obtain an efficient control technique (maximizing battery life), and more efficient use of the stored energy. To manage the charging and discharging of the battery bank a bidirectional topology (Boost-Buck) with fuzzy P+I controller for stabilization of current or voltage is used. To regards the PV control technique, a classical PI controller is employed to regulate the PV terminal voltage, and the maximum power point is determined by a perturb and observe (P&O) algorithm. To validate the controllers and the theoretical models developed is built a prototype system, and analyzed the behavior of the batteries charger and photovoltaic panel under extreme environmental conditions such as abrupt decrease of solar irradiation, unexpected panels disconnection and changes of the maximum power point of the panels.

O presente trabalho visa o desenvolvimento de um sistema de carga e descarga de baterias de chumbo-ácido para sistemas de geração distribuída acoplada a um conjunto de painéis fotovoltaicos e conectada à rede elétrica. O conjunto de painéis opera de forma a maximizar a energia gerada através de um algoritmo MPPT (Maximum Power Point Tracking) e a rede elétrica opera como rota para o excedente produzido pelos painéis. Para que a bateria possa ser carregada e descarregada com eficiência evitando sobrecargas e descarregamentos profundos, uma metodologia de estimação do estado de carga da bateria é implementada visando um controle mais eficiente (maximizando a vida útil da bateria) e um melhor aproveitamento da energia armazenada. Para o gerenciamento da carga e descarga do banco de baterias é utilizada uma topologia bidirecional (Boost-Buck) com controlador fuzzy P+I para estabilização de corrente ou tensão. Em relação à técnica de controle para o sistema PV, um controlador PI clássico é utilizado para regular a tensão terminal e ponto de máxima potência que é definido por um algoritmo de perturbação e observação (P&O). Para validar os controladores e os modelos teóricos desenvolvidos é construído um protótipo do sistema. São analisados, também, o comportamento do sistema de carga das baterias e painel fotovoltaico sob condições extremas como queda abrupta de irradiação solar, desconexão inesperada dos painéis e mudanças no ponto ótimo de funcionamento dos mesmos. / The present work aims to develop a system of charging and discharging lead-acid batteries for distributed generation connected to a set of photovoltaic panels, and used in grid connected applications. The set of panels operates to maximize the energy produced by means of an MPPT (Maximum Power Point Tracking) algorithm and the power grid absorbs the extra power produced by the panels. For charging and discharging the battery pack and to prevent overload and deep discharge, a methodology for estimating the state of charge is implemented in order to obtain an efficient control technique (maximizing battery life), and more efficient use of the stored energy. To manage the charging and discharging of the battery bank a bidirectional topology (Boost-Buck) with fuzzy P+I controller for stabilization of current or voltage is used. To regards the PV control technique, a classical PI controller is employed to regulate the PV terminal voltage, and the maximum power point is determined by a perturb and observe (P&O) algorithm. To validate the controllers and the theoretical models developed is built a prototype system, and analyzed the behavior of the batteries charger and photovoltaic panel under extreme environmental conditions such as abrupt decrease of solar irradiation, unexpected panels disconnection and changes of the maximum power point of the panels.