Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study and analysis of photovoltaic systems subject to partial shading, where the main consequence is the reduction of its energy production. To mitigate this problem, it is proposed a new photovoltaic architecture known as hybrid architecture. In this architecture, the system is separated into arrays that can be partially or completely shaded with other arrays that are not shaded. The partially shaded modules are connected in parallel to maximize its energy production, while unshaded ones are connected in series. A dc-dc converter is used with the array with the modules subject to partial shading for maximum power extraction of this array, to match the operating voltage of both arrays, and to ensure that during its operation, the unshaded array operates in maximum power point. Additionally, it is presented the small signal modeling of the dc-dc converter through the generalized modeling technique, with the inclusion of the dynamic of a photovoltaic array through an equivalent approximate model by a voltage source with a series resistance, and linearized for different curve points of the photovoltaic module. The proposed control system for this converter uses a controller based on the internal model principle, as the resonant one, whose objective is, besides eliminating the low frequency ripple at the input of photovoltaic module to reduce the losses of the maximum power point tracking algorithm, also reduce the dc-bus capacitance in dual-stage photovoltaic inverters. Shaded photovoltaic systems present higher complexity to predict its energy production. This is because there are different configurations to connect photovoltaic modules among each other, which results in different values of generated power. Consequently, a general methodology of energy production forecast that uses only the shaded area of the modules as a factor of analysis can be imprecise. Based on this, a new methodology for energy production forecast in partially shaded photovoltaic systems is presented. The proposed method consists in identifying the shaded modules in each time, to quantify the hourly irradiation incident on all modules, analyze the electrical configuration of the array and, from that, calculate the produced energy. At the end are presented simulation and experimental results that validate the use of hybrid architecture in photovoltaic systems that present partial shading conditions. / Este trabalho apresenta um estudo e análise de sistemas fotovoltaicos que apresentam redução da produção de energia devido ao sombreamento parcial em módulos fotovoltaicos. Para mitigar este problema, é proposta uma nova arquitetura de sistemas fotovoltaicos denominada arquitetura híbrida. Nessa arquitetura, o sistema é separado em um arranjo de módulos que podem ser parcialmente ou totalmente sombreados e outro com módulos não-sombreados. Os módulos do arranjo passíveis de sombreamento são conectados em paralelo entre si para se maximizar sua produção de energia, enquanto que os módulos não-sombreados são arranjados em série. Um conversor CC-CC é empregado junto ao arranjo dos módulos passíveis de sombreamento para extração da máxima potência desse arranjo, para compatibilizar a tensão de operação dos dois arranjos, e para garantir que durante a operação conjunta, o arranjo que nunca é sombreado opere no ponto de máxima potência. Adicionalmente, obtém-se a modelagem de pequenos sinais do conversor CC-CC através da modelagem generalizada, com a inclusão da dinâmica de um arranjo fotovoltaico através de um modelo equivalente aproximado por uma fonte de tensão em série com uma resistência, e linearizado para diversos pontos da curva do painel. Como proposta de sistema de controle desse conversor, utiliza-se um controlador baseado no princípio do modelo interno, como o ressonante, cujo objetivo é, além de eliminar a ondulação em baixa frequência presente na entrada dos painéis para reduzir as perdas do algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência, também possibilitar a redução da capacitância do barramento CC de inversores de duplo estágio. Sistemas fotovoltaicos sombreados apresentam maior complexidade para se prever a produção de energia. Isso ocorre pois existem diversas configurações para se conectar os módulos fotovoltaicos entre si, cujo impacto resulta em diferentes valores da energia gerada. Por consequência, uma metodologia generalizada de previsão da produção de energia que utilize apenas a área sombreada dos módulos como fator de análise pode ser pouco precisa. Com base nisso, uma nova metodologia para previsão da produção de energia em sistemas fotovoltaicos parcialmente sombreados é apresentada. O método proposto consiste em identificar os módulos sombreados em cada hora, quantificar a irradiação horária incidente em todos os módulos, analisar a configuração elétrica do arranjo e, a partir disso, calcular a energia produzida. Por fim são apresentados resultados de simulação e experimentais que validam a utilização da arquitetura híbrida em sistemas fotovoltaicos que apresentam condições de sombreamento parcial.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This master thesis presents a data acquisition and monitoring system for photovoltaic solar generation plants. The energy produced by photovoltaic systems depends on several factors, such as: array settings, weather conditions, shading, failures, among others. Due to the influences of solar irradiance and temperature on power generation, it is difficult to evaluate the operation of PV systems. This paper proposes a method to detect periods in which the photovoltaic system is inappropriate behavior, that is, periods in which the energy production is lower than expected. A data acquisition system was developed for photovoltaic applications, with the following characteristics: cloud data storage, data acquisition rate of 1 second and possibility of communicating using different communication protocols and physical interfaces. To detect inappropriate behaviors in the PV system was proposed an algorithm that performs the comparison between the estimated power by a mathematical model and the power measured by the data acquisition system. If the difference between the measured power and the estimated power exceeds a predetermined constant, it appears that the photovoltaic system is inappropriate operation, that is, with energy production lower than expected. The method for detecting the type of problem detected if the system is operating under sunny or overcast sky conditions condition, and take different decisions depending on the condition. The methods developed in the master thesis were tested experimentally, and the results were satisfactory to detect the main inappropriate behavior of PV systems. / Esta dissertação apresenta um sistema de aquisição de dados e monitoramento para centrais de geração solar fotovoltaica. A energia produzida através de sistemas fotovoltaicos depende de diversos fatores, tais como: configurações do arranjo, condições meteorológicas, sombreamento, falhas, entre outros. Devido às influências da irradiância solar e da temperatura na geração de energia, é difícil a avaliação do funcionamento dos sistemas fotovoltaicos. Este trabalho propõe um método para detectar períodos no qual o sistema fotovoltaico possui comportamentos inadequados, ou seja, períodos em que a produção de energia está abaixo do esperado. Um sistema de aquisição de dados foi desenvolvido para aplicações fotovoltaicas, com as seguintes características: armazenamento de dados na nuvem, taxa de aquisição de dados de 1 segundo e possibilidade de comunicação através de diferentes protocolos de comunicação e interfaces físicas. Para detectar comportamentos inadequados no sistema fotovoltaico foi proposto um algoritmo responsável pela comparação entre a potência estimada por um modelo matemático e a potência medida pelo sistema de aquisição de dados. Caso a diferença entre a potência medida e a potência estimada seja superior a uma constante predeterminada, constata-se que o sistema fotovoltaico está com comportamento inadequado, ou seja, com produção de energia abaixo do esperado. O método para detecção do tipo do problema detecta se o sistema está operando sob condição de céu claro ou encoberto, e toma diferentes decisões dependendo desta condição. Os métodos desenvolvidos na dissertação foram testados experimentalmente, sendo que os resultados obtidos foram satisfatórios para a detectar os principais comportamentos inadequados dos sistemas fotovoltaicos.

Submitted by Jesiel Ferreira Gomes (jesielgomes@ufcg.edu.br) on 2018-04-20T19:47:10Z No. of bitstreams: 1 ROBSON ROGACIANO FERNANDES DA SILVA – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2015.pdf: 2972393 bytes, checksum: 0382c6be9c4c653ce0885143a6cf932d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-20T19:47:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ROBSON ROGACIANO FERNANDES DA SILVA – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2015.pdf: 2972393 bytes, checksum: 0382c6be9c4c653ce0885143a6cf932d (MD5) Previous issue date: 2014-03 / Capes / Este trabalho trata do estudo da potencialidade energética de geradores fotovoltaicos em acionar um sistema de bombeamento de água via processo de microfiltração. A avaliação do sistema permitiu caracterizar o efeito da disponibilidade de potencia elétrica e da pressão de operação do sistema, para determinação da quantidade de água produzida. Na avaliação do sistema, foi utilizada uma alimentação de água da Cisterna do LABDES (água da chuva captada pelas telhas), fazendo uso de um Motor Bomba Centrifuga de potê ncia de 0,5 Hp, e atuando com variações de pressões entre 0 a 2 kgf/cm². Inicialmente, foi realizada a caracterização do sistema, através de sua operação com disponibilidade de potência elétrica variável (Energia convencional), sendo verificado seu perfil de funcionamento a partir da avaliação dos seguintes parâmetros: vazão do permeado, Pressão, Potência e remoção de cor e turbidez. A avaliação do sistema, permitiu caracterizar o efeito da disponibilidade de potência elétrica e da pressão de operação do sistema na quantificação e qualidade da água produzida. Utilizando os dados do potencial solarimétrico (LEIAM-UFCG) da cidade de Campina Grande – PB, para o período de Outubro/2013 à Setembro/2014, realizou-se um estudo da oferta de energia solar disponibilizada para o período especificado, onde verificou-se que 70,5% da irradiação média mensal encontra-se na faixa entre 200 e 1400 W/m². Posteriormente, avaliou-se o funcionamento do sistema operando efetivamente com energia solar fotovoltaica, o qual atingiu uma produção média de 0,36 L/min ou 174,4 L/dia (média dos Dias 1,Dias 2 e Dias 3), durante 8 horas de funcionamento do sistema por dia. Com uma pressão média de operação de 0,99 kgf/cm² durante os 3 dias. / This work deals with the study of the effectiveness of photovoltaic generators drive a via microfiltration water pumping system. The rating system allows to characterize the effect of the availability of electric power and operation of the system pressure to determine the amount of water produced. In the evaluation system used was a cistern of the water supply LABDES (rainwater captured by tile), using a 0.5 hp motor pump power centrifuged, and the variations in operating pressures from 0 to 2 kgf/cm2. Initially the system characterization was performed by means of operation with variable availability of electrical power (conventional Energy), confirmed its working profile from the evaluation parameters: permeate flow, pressure, power and removing color and turbidity. The rating system allowed us to characterize the effect of the availability and the electrical power system operating pressure in the quantity and quality of water produced. Using potential data solarimetric (read-UFCG) of Campina Grande - PB for the period October / 2013 to September / 2014, there was a study of solar energy supply available for the specified period, where it was found that 70.5% of the monthly average irradiation is between 200 and 1400 W / m2. Subsequently, we evaluated the system works effectively operating with photovoltaic solar energy, which reached an average production of 0.36 L / min or 174.4 L / day (mean of Days 1, 2 Days and Days 3) for 8 hours of operation of the system per day, with an average operating pressure of 0.99 kgf / cm² for 3 days.

Este trabalho buscou entender a situação da atividade de fabricação de módulos fotovoltaicos no Brasil com o objetivo de avaliar a possibilidade de estimular a indústria nacional e o uso dessa fonte alternativa mais acentuadamente. Para tanto, foi necessário analisar os benefícios energéticos e econômicos da cadeia de produção, além de entender o estado da arte atual de todo o processo. É um ramo industrial que está sendo implantado no Brasil e este estudo teve como objetivo obter informações relevantes dos problemas e facilidades que os empreendedores enfrentam, e quais são os custos e benefícios à sociedade em geral, inclusive para obtenção dos sistemas fotovoltaicos pelo consumidor final. O trabalho contém uma avaliação do estado da produção e utilização dos sistemas de energia solar fotovoltaica no mundo e o que ocorre no Brasil. Buscou-se conhecer as possíveis, e/ou mais relevantes, ações regulatórias e iniciativas da área privada para viabilizar este ramo industrial. São considerados os impactos da atividade em pauta, procurando mostrar as relações de custo-benefício em projetos de geração centralizada (Leilões de Energia de Reserva) e de geração distribuída. / This study aims to understand the status of the manufacturing activity of photovoltaic modules in Brazil to evaluate the possibility of stimulating the local production and its widespread use. It was necessary to evaluate the energetic and economic benefits of the production chain. In addition, the study focused the understanding of the current state of the art of the whole process. Photovoltaic solar energy is an industrial branch recently receiving impulse in Brazil. This study aims to obtain relevant information about the difficulties faced by the entrepreneurs and the benefits and costs to the society. The study assess the state of the production and use of solar PV systems in the world and what happens in Brazil. At this study, we sought to understand what are the possible, and/or more relevant, regulatory actions and private area initiatives to enable this industrial branch and its diffusion to the final consumers. The impacts of the related activity are considered, trying to show the cost-benefit relationship in centralized generation projects (Reserve Energy Auctions) and distributed generation.

A energia fotovoltaica oferece conhecidas vantagens, entretanto, ainda deve vencer alguns desafios, principalmente a baixa eficiência de conversão dos painéis fotovoltaicos. Além do desenvolvimento de novos materiais, ainda continua muito importante aumentar a eficiência de conversão através da maximização da entrada de radiação solar e da otimização do ponto de operação do painel fotovoltaico. Este trabalho apresenta uma nova abordagem de rastreamento do ponto de máxima potência, adequada a qualquer configuração de conversores e capaz de seguir as rápidas mudanças de insolação e temperatura. É um método de perturbação e observação que mede apenas a corrente de saída do painel e que mantém a perfeita busca do ponto de máxima potência, mesmo durante as bruscas variações atmosféricas, com o simples emprego de flags. O trabalho apresenta ainda, como objetivo secundário, informações básicas a respeito de sistemas fotovoltaicos: células, painéis, conversores e suas técnicas de controle. O desempenho das simulações utilizando o software Matlab foram muito bons, confirmando a robustez, simplicidade, rápida convergência e facilidade de implementação do algoritmo. / The photovoltaic energy offers known advantages, however, it has yet to overcome some challenges, mainly the low efficiency of conversion of the photovoltaic panels. Besides the development of new materials, it still continues very important to increase the conversion efficiency through the maximization of the input solar radiation and the optimization of the photovoltaic panel operating point. This work presents a new approach for tracking the maximum power point, appropriate for any configuration of converters and capable to follow the fast changes in irradiance and temperature. It is a method of perturbation and observation that measures only the panel output current and that maintains a perfect search of the maximum power point, even during abrupt atmospheric variations, by simply using flags. The work still presents, as secondary objective, basic information regarding photovoltaic systems: cells, panels, converters and their control techniques. The performance of the simulations using the software Matlab proved to be very good, confirming the robustness, simplicity, rapid convergence and ease of implementation of the algorithm.

Submitted by Neusa Fagundes (neusa.fagundes@unioeste.br) on 2018-02-26T18:22:01Z No. of bitstreams: 2 Noeli_Dacroce2017.pdf: 2302236 bytes, checksum: 550ce50ca2f999bf32126fc40891d614 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-26T18:22:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Noeli_Dacroce2017.pdf: 2302236 bytes, checksum: 550ce50ca2f999bf32126fc40891d614 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-07-17 / The poultry Industry has a relevant attribution for agribusiness in Brazil, regarding the economic and social aspect. However, given the high consumption of water and electricity, and the high generation of waste, it becomes aggressive and polluting the environment. The objective of this research is to characterize poultry of broiler chicken in terms of the interfaces of technological innovation, proposing sustainable alternatives. For the elaboration of this research, as methodology, it was based on the qualitative research approach. As for the objectives, these are classified as exploratory, descriptive and applied research. Regarding the procedures, field research was chosen. For the economic viability analysis, the techniques of Net Present Value (NPV), simple payback and discounted payback were used. As a result, the proposed photovoltaic energy installation project presented economic viability in the 18-year period for the simple payback and 19 years for the discounted payback. Since these are third-party resources (Pronaf Mais Alimentos), we opted to use the same rate applied by the Financial Institution (2.5%) as the Average Attractiveness Rate (TMA). The investment showed a Profitability Index (IL) of 17.11% during the project life and Internal Rate of Return (IRR) 3.76% per annum. The rainwater harvesting system presented economic viability in the 15-year period by simple payback and infeasibility for the 18-year period for the discounted payback, with an IRR of 4% per year and IL of (-29%). In this research, it was also identified that rainwater is of satisfactory quality for animal consumption and for human consumption. Regarding solid waste management, the property produces an average of 350 tons of poultry litter per 18 lots (2 years) and the packaging, booties, gloves and rodent poison remains totaled 1,960 kg in the analyzed period. When assessing the perception of the managers of the poultry integrators regarding sustainability and the implementation of "Sustainable Aviaries", it was identified that all managers of the companies questioned believe that Sustainable Aviaries are necessary and should be implemented in the long term. From the results presented, it is understood that rainwater harvesting system, photovoltaic power generation system and solid waste management are mechanisms that can contribute to reduce the environmental impacts caused by the poultry production process, promoting rural development sustainable development. / A avicultura possui uma atribuição relevante para o agronegócio no Brasil, quanto ao aspecto econômico e social. Porém, diante do elevado consumo de água e energia elétrica, e a alta geração de resíduos, torna-se agressora e poluidora do meio ambiente. Esta pesquisa tem por objetivo caracterizar aviário de frango de corte quanto às interfaces da inovação tecnológica, propondo alternativas sustentáveis. Para a elaboração desta pesquisa, como metodologia, baseou-se na abordagem de pesquisa qualitativa. Quanto aos objetivos, estes são classificados como pesquisa exploratória, descritiva e aplicada. Em relação aos procedimentos, optou-se pela pesquisa de campo. Para a análise da viabilidade econômica, utilizou-se as técnicas de Valor Presente Líquido (VPL), payback simples e payback descontado. Como resultado, o projeto proposto de instalação de energia fotovoltaica apresentou viabilidade econômica no período de 18 anos pelo payback simples e de 19 anos pelo payback descontado. Por se tratar de recursos de terceiros (Pronaf Mais Alimentos), optou-se por usar a mesma taxa aplicada pela Instituição Financeira (2,5%) como Taxa Média de Atratividade (TMA). O investimento apontou um Índice de Lucratividade (IL) de 17,11% durante a vida útil do projeto e Taxa Interna de Retorno (TIR) 3,76% ao ano. O sistema de captação da água de chuva apresentou viabilidade econômica no período de 15 anos pelo payback simples e inviabilidade para o período de 18 anos pelo payback descontado, com uma TIR de 4% ao ano e IL de (-29%). Nesta pesquisa, identificou-se também que a água de chuva possui qualidade satisfatória para dessedentação de animais e para o consumo humano. Em relação ao gerenciamento dos resíduos sólidos, a propriedade produz em média 350 toneladas de cama de aviário a cada 18 lotes (2 anos) e as embalagens, botinhas, luvas e restos de veneno para roedores somaram 1,960 kg, no período analisado. Ao avaliar a percepção dos gestores das integradoras avícolas quanto à sustentabilidade e quanto à implantação de “Aviários Sustentáveis”, identificou-se que todos os gestores das empresas questionadas acreditam que Aviários Sustentáveis são necessários e devem ser implantados em longo prazo. A partir dos resultados apresentados, entende-se que sistema de captação de água de chuva, sistema de geração de energia fotovoltaica e gerenciamento de resíduos sólidos são mecanismos que podem contribuir para reduzir os impactos ambientais, causados pelo processo produtivo avícola, promovendo o desenvolvimento rural sustentável.

Dans un contexte de réduction des émissions de gaz à effet de serre et de raréfaction des ressources fossiles et fissiles, l'énergie solaire est l'une des sources d'énergie les plus prometteuses. La quantité d'énergie renouvelable dans le futur paysage énergétique dépend de sa disponibilité, de son coût et de son niveau d'efficacité. Plusieurs enjeux limitent actuellement le développement de l'énergie solaire. Parmi eux, l'élévation de la température des cellules induit une dégradation du productible d'environ 12% dans le cas général. En dépit de ce constat, la structure actuel des modules PV n'a pas variée depuis sa création dans les années 70. L'objectif de cette thèse est d'évaluer les facteurs d’impact qui gouverne l'élévation de la température du module PV en vue d’identifier les moyens de la réduire de manière significative. Un modèle multi-physique est construit pour prédire le comportement du module dans les conditions environnementales de production. Le modèle thermique est basé sur la radiation en milieu semi-transparent. Cette caractéristique conduit à déterminer les équations généralisées de Fresnel pour les milieux absorbants. Cela nous autorise à déterminer la caractéristique spectrale et angulaire de l’émissivité du verre. Le modèle de couplage optique-thermique-électrique est comparé aux mesures en conditions réelles et est capable de prédire le comportement du module sur une période de vingt-quatre heures. Le modèle est en mesure d’évaluer le gain obtenu en optimisant les composants du module. Une étude paramétrique identifie enfin les différentes améliorations permettant d’obtenir une réduction de la température de fonctionnement des modules PV. Cette thèse inclut un état de l'art (chapitre 1), une étude du transfert de chaleur radiative à l'échelle du module PV (chapitre 2), la description détaillée du modèle multiphysique (chapitre 3), l'étude du module PV au travers de la modélisation (chapitre 4), une étude paramétrique (chapitre 5) et une conclusion (chapitre 6). / In the context of greenhouse gas emissions and fossil and fissile resources depletion, solar energy is one of the most promising sources of power. The amount of renewable energies in the future energy mix depends on their availability, on their cost and on their level of efficiency. Various issues still limit the development of the solar energy. Among them, the temperature elevation into the module induces an efficiency degradation of 12% in standard cases. In spite of this statement, the actual solar module structure has not changed since its creation in the seventies, and the technologies are still evaluated at room temperature. The objective of this thesis is to study the impact factors which govern the module temperature elevation in order to identify ways to apply a significant reduction. A multi-physics modeling is built in order to predict the module behavior depending on the environmental conditions. The thermal modeling is grounded on the radiation into participating media. This feature leads to the determination of generalized Fresnel equation for absorbing media. It allows us to determine a spectral and hemispherical value of the glass emissivity. The optical-electrical-thermal modeling has been compared to measurement in real conditions and is able to predict the module behavior over a one-day period. It allows the evaluation of the gain obtained by optimizing the module components. A parametrical study identifies several improvements to lower the module operating temperature. The PhD work includes a state-of-the-art study (chapter 1), a study of the radiation heat transfer at PV module scale (chapter 2), the details of the multiphysics modeling (chapter 3), the study of the PV module through the modeling (chapter 4), a parametrical study (chapter 5) and a conclusion (chapter 6).

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a new energy conditioning system for application in stand-alone photovoltaic systems with battery bank. Firstly, the characteristics of solar photovoltaic energy, the modeling of a photovoltaic cell and the equivalent electrical circuit are presented. In a second moment, the photovoltaic generation systems and a review of the static converters applied to stand-alone photovoltaic systems with battery bank are presented. From this study it is proposed a new photovoltaic generation system, with distributed energy processing based on series-connected DC-DC converters. The proposed system presents better utilization of the energy generated by the panels through the employment of more than one array of photovoltaic panels and a static power converter for each subsystem. Thereby, the losses through shading are reduced, and also the reliability of the system is increased, once even if one of the subsystems fails, the system will keep on generating electricity to the loads of higher priority. Posteriorly, the analyses of the operation of the system and simulation results are presented. Finally, it is presented experimental results, comparing the efficiency of the utilization of the energy generated by the input stage of the proposed system and by a system traditionally employed in stand-alone photovoltaic systems, showing an energy gain of 16% with the utilization of the proposed system for situations in which at least one panel is shaded. / Esta dissertação de mestrado apresenta um novo sistema de condicionamento de energia para aplicação em sistemas fotovoltaicos autônomos com banco de baterias. Inicialmente são apresentadas as características da energia solar fotovoltaica, a modelagem de uma célula fotovoltaica e um circuito elétrico equivalente. Em um segundo momento são apresentados os sistemas de geração fotovoltaica e uma revisão dos conversores estáticos aplicados a sistemas fotovoltaicos autônomos com banco de baterias. A partir deste estudo é proposto um novo sistema de geração fotovoltaica, com processamento distribuído de energia baseada em conversores CC-CC conectados em série. O sistema proposto apresenta um melhor aproveitamento da energia gerada pelos painéis através da utilização de mais de um arranjo de painéis fotovoltaicos e o emprego de um conversor estático de potência para cada subsistema. Assim, as perdas por sombreamento são reduzidas bem como é aumentada a confiabilidade do sistema, pois mesmo com a falha de um dos subsistemas o sistema continuará garantindo energia elétrica para as cargas de maior interesse. Posteriormente, são apresentadas as análises do funcionamento do sistema e resultados de simulação. Por fim, resultados experimentais são apresentados, comparando a eficiência no aproveitamento da energia gerada pelo estágio de entrada do sistema proposto e de um sistema tradicionalmente empregado em sistemas fotovoltaicos autônomos, demonstrando um ganho de energia de 16% com a utilização do sistema proposto para situações em que pelo menos um painel está sombreado.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The continuous economic development of many countries and the emerging environmental issues (gas emissions and the greenhouse effect) observed in the last decades forced an intense research in renewable energy sources. Hydro, photovoltaic (PV) and wind energy conversion are the most explored technologies due to their considerable advantages, such as reliability, low environmental impact and capability to support microgrid systems or to connect to the electric grid. Among these energy sources the PV is pointed out as one of the most modular and environmentally friendly technologies. Furthermore, this technology enabled, by means of stand-alone or off-grid systems, the access of electricity in many communities distant form the grid, and even in difficult access remote applications. However, the PV panel still represents low efficiency and high cost, making imperative the use of efficient and reliable energy processing stages. Therefore, this work proposes a stand-alone photovoltaic system with decentralized configuration, aiming a high energy yield. For the output stage, a multilevel inverter was chosen, aggregating the intrinsic advantages that these converters present. The analysis of each energy processing stage is presented, as well as the modeling and control of the employed converters. Due to the requirement of a backup system (in stand-alone systems), a decentralized configuration of the battery bank is proposed. Moreover, aiming to optimize the backup system lifetime and reduce the maintenance costs, a controlled charge/discharge process on the batteries is implemented. Simulation and experimental results are presented, verifying the functionality of the proposed structure. / O contínuo desenvolvimento econômico de diversos países e as emergentes questões ambientais (emissão de gases e efeito estufa), observados nas últimas décadas, forçaram uma intensa pesquisa em fontes renováveis de energia. Hidro, fotovoltaica (PV Photovoltaic) e eólica são as tecnologias mais exploradas devido as suas vantagens consideráveis, como confiabilidade, reduzidos impactos ambientais e capacidade de suprir pequenas redes ou conexão com a rede elétrica de distribuição. Entre estas fontes de energia, a fotovoltaica destaca-se por ser uma das tecnologias mais modulares, apresentando os menores índices de impactos ambientais. Ainda, esta tecnologia possibilitou, através dos sistemas autônomos (off-grid), o acesso de energia elétrica a diversas comunidades distantes da rede de distribuição, e também em aplicações remotas de difícil acesso. Entretanto, o painel PV ainda apresenta reduzido rendimento e elevado custo, tornando indispensável o uso de estágios de processamento de energia eficientes e confiáveis. Nesse sentido, este trabalho propõe um sistema fotovoltaico autônomo que utiliza uma configuração descentralizada, visando um melhor aproveitamento de energia gerada. Para o estágio de saída, optou-se pela utilização de um inversor multinível, agregando as vantagens intrínsecas que este tipo de conversor apresenta. São apresentadas as análises de cada estágio de processamento de energia, bem como a modelagem e controle de cada conversor empregado. É proposta uma configuração descentralizada para o banco de baterias, visto que se faz necessário um sistema de armazenamento para sistemas autônomos. Ainda, o controle empregado para o sistema de armazenamento de energia implementa um processo de carga/descarga controlado no banco de baterias, visando o aumento da vida útil destas e a redução dos custos por manutenção. São apresentados resultados de simulação e experimentais, comprovando a funcionalidade da estrutura.

Este trabalho apresenta os estudos técnicos para implantação de um sistema de geração de energia que atenda a demanda dos circuitos eletroeletrônicos de um queimador de biogás, tornando-o autossuficiente energeticamente e viabilizando sua instalação em locais distantes e não atendidos pelo sistema convencional de distribuição de energia. O projeto do sistema de geração de energia tem como base a associação das tecnologias fotovoltaica e termoelétrica direta, tipo efeito Seebeck. O queimador de biogás descrito neste projeto é instalado em miniestações de tratamento de efluentes com produção de biogás, onde o aproveitamento energético da forma tradicional é inviável em função da baixa e inconstante vazão de biogás. O queimador de biogás possui um circuito eletrônico de controle que determina o tempo de combustão do biogás, onde, através de um microcontrolador, recebe informações do circuito eletrônico de controle e registra o volume de biogás queimado, objetivando a obtenção dos créditos de carbono. O queimador de biogás tem como objetivo somente o saneamento, provocando a queima do gás metano (CH4) presente no biogás e permitindo a busca por créditos de carbono, contribuindo para a diminuição dos efeitos provocados pelos gases do efeito estufa (GEE). Durante os estudos, foi constatado que a energia gerada pelo painel fotovoltaico é suficiente para atender a demanda de energia do circuito eletroeletrônico do queimador de biogás, enquanto que o sistema termoelétrico direto obteve resultados desprezíveis. Constatou-se também que parte do circuito do controlador de carga, utilizado nesse estudo, pode futuramente ser inserida no firmware do microcontrolador já existente no projeto, reduzindo assim significativamente os componentes do circuito. / This paper presents the technical studies for the implementation of a system of power generation to meet the energy demand of biogas burner electronics circuits, making it self-sufficient energy and enabling installation in remote locations not served by the conventional system of energy distribution. The design of the power generation system is based on the combination of photovoltaic technologies and thermoelectric direct like Seebeck Effect. The biogas burner described in this project is installed in mini-stations for treatment and biogas production, where energy reuse in the traditional way is not feasible due to the low and variable flow of biogas. The biogas burner has an electronic control circuit which determines the time of combustion of biogas, which, through a microcontroller receives information from the electronic control circuit and registers the volume of biogas flared aiming to get carbon credits. The biogas burner, aims only sanitation, causing burning methane gas (CH4) present in biogas and allowing the search for carbon credits, helping to reduce the effects caused by greenhouse gases (GHG). During the studies, it was found that the energy generated by the photovoltaic panel is enough to attend the energy demand of the electronics circuit of biogas burner, while the direct thermoelectric system obtained a negligible result. It was found that part of the charge controller, used in this study, in the future can be inserted into the firmware of the microcontroller existing of the in the project, reducing therefore the circuit components significantly.