Este trabalho pode ser melhor descrito a partir da sua divisão em duas etapas. Uma predominantemente experimental onde se descreve o projeto, o desenvolvimento e a calibração de um radiômetro espectral destinado à caracterização da distribuição espectral da irradiância solar e outra etapa teórica que permite obter o espectro solar. O radiômetro espectral desenvolvido neste trabalho possui um anel de sombra rotativo, deste modo utiliza-se o mesmo conjunto de sensores na medida das componentes global, direta e difusa da radiação solar. Diferentemente de outros instrumentos que utilizam filtros ópticos de interferência acoplados a fotodiodos de silício, empregou-se no radiômetro diodos emissores de luz (LEDs), como sensores espectrais. Esta escolha baseia-se principalmente no alto custo dos filtros ópticos de boa qualidade e também devido à sua degradação. O radiômetro desenvolvido nesta Dissertação também possui um fotodiodo de silício com resposta espectral ampla (entre 300 e 1100 nm) destinado à medida da irradiância solar total. Na etapa teórica é desenvolvida uma metodologia para caracterização espectral da irradiância solar a partir dos dados obtidos pelo radiômetro espectral para uma atmosfera isenta de nuvens. Estes dados são utilizados na determinação da quantidade de água precipitável e espessura óptica de aerossóis. Estes parâmetros atmosféricos, além da coluna total de ozônio, associados a variáveis meteorológicas locais (pressão atmosférica, umidade relativa e albedo da superfície), variáveis de tempo (hora e data) e variáveis de espaço (latitude, longitude, altitude) são utilizados como dados de entrada em um programa computacional escrito em linguagem FORTRAN 77 baseado no modelo SMARTS2 (Simple Model of the Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine). O programa computacional é capaz de modelar a irradiância solar direta, difusa e global incidente sobre superfícies planas ou inclinadas. O modelo paramétrico cobre o segmento entre 280 até 4000 nm, com resolução espectral de 0,5 nm entre 280-400 nm, 1 nm entre 400-1700 nm e 5 nm entre 1705-4000 nm. / For a better understanding, this work is divided into two sections. The first one, predominately experimental, is related to the design, development and calibration of a radiometer used for spectral solar irradiance measurements. The other section, theoretical, is devoted to obtain the solar spectrum from the atmospheric parameters. The built spectral radiometer is provided with a rotating shadow-band, so the global, beam and diffuse solar irradiance components can be measured with the same set of sensors. Differently from other instruments, this radiometer utilizes light-emitting diodes (LEDs) as spectrally selective sensors, instead of interference filters and photodiodes. This option is favored by the high prices and quality degradation of the interference filters. The radiometer developed in this dissertation also employs a broadband (response between 300-1100 nm) silicon photodiode to detect the global solar irradiance. The methodology used to reconstruct the spectral solar irradiance of a cloudless sky from the radiometer data is explained in the theoretical section of this work. The data from the spectral radiometer are used for the determination of precipitable water and aerosol optical depth. These atmospheric parameters and the ozone optical depth, together with meteorological variables (atmospheric pressure, relative humidity and local albedo), geographic variables (latitude, longitude and altitude), time and date are used as input data for a computer program developed in FORTRAN 77 based on the SMARTS2 (Simple Model of the Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine) model. This computer program allows the determination of the global, beam and diffuse solar irradiance on horizontal or tilted planes. The model covers the wavelength range from 280 nm to 4020 nm. The achieved resolution is 0,5 nm between 280 nm and 400 nm, 1 nm between 400 nm and 1700 nm and 5 nm between 1705 nm and 4000 nm. The results of the methodology are compared to the experimental values obtained for the global-horizontal irradiance in order to validate the spectral irradiance predictions.

Made available in DSpace on 2014-08-13T14:51:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-05-09Bitstream added on 2014-08-13T17:59:34Z : No. of bitstreams: 1 000776672.pdf: 972599 bytes, checksum: 70e8eba6a863da39a83726b43a392083 (MD5) / O trabalho aborda modelos de estimativa da radiação atmosférica de ondas longas (LW↓) em Botucatu-SP-Brasil e foi dividido em três partes. A parte 1 aborda modelos de estimativa clássicos da literatura em função da temperatura (Ta) e da pressão de vapor d´água (ea) para condições de céu sem nuvens. Foram feitos ajustes de coeficientes para 14 modelos da literatura em função do clima local de Botucatu. Em seguida foi proposto um modelo semelhante aos modelos clássicos da literatura (LW↓ = f(Ta, ea)), por meio de regressão, com dados medidos em Botucatu e com elevado coeficiente de determinação (R2 = 0,935). A validação do modelo proposto utilizou uma base de dados independente da geração do modelo e foi realizada por meio da comparação entre o valor estimado com o medido. Os indicativos estatísticos MBE e RMSE, obtidos da validação, mostram que o modelo proposto apresentou resultados na mesma ordem de grandeza dos modelos clássicos da literatura. A parte 2 traz o desenvolvimento de um modelo de estimativa da radiação atmosférica de ondas longas (LW↓) a partir da radiação de ondas curtas (extraterrestre (Io), global (G) e difusa (d))para todos os tipos de cobertura de céu. Correlacionou-se, por meio de regressão linear, a radiação atmosférica de onda longa (LW↓) com os índices radiométricos Kt (razão entre (G) e (Io)) e Kd (razão entre (d) e (G)), ambas com elevado coeficiente de determinação (R2 = 0,981 entre LW↓ e Kt e R2 = 0,963 entre LW↓ e Kd). A relação direta entre (LW↓), (G) e (d) em superfície terrestre foi 2 verificada após análise climática e estatística das três componentes utilizando um banco de dados de 7 anos de medidas. Nas estações primavera e verão, os valores de (LW↓), (G) e (d) são maiores, acompanhadas das elevações de temperatura e concentração de nuvens e vapor d’ água na atmosfera ... / This work describes estimation models of atmospheric longwave radiation (LW↓) in Botucatu-SP-Brazil, and was divided into three parts. Part 1 discusses models of classic literature estimated as a function of temperature (Ta) and water vapor pressure (ea) for cloudless conditions. Adjustment coefficients were made for 14 models in the literature depending on the local climate of Botucatu. Then it was proposed similar to classical models (LW↓ = f (Ta, ea)) model by means of regression and measured data Botucatu with a high coefficient of determination (R2 = 0.935). The validation of the proposed model used a independent database of model generation was performed by comparing the estimated with the measured value. Statistical indicative MBE and RMSE obtained show that the proposed model results presented the same order of magnitude of the classical models of the literature. Part 2 brings the development of a model for estimating the atmospheric longwave radiation (LW↓) from the short-wave radiation (extraterrestrial (Io), global (G) and diffuse (d)) for all types of sky coverage. Correlated by linear regression, the atmospheric longwave radiation (LW↓) with radiometric ratios Kt (ratio between (G) and (Io)) and Kd (ratio between (d) and (G)), both with high coefficient of determination (R2 = 0.981 between LW↓ and Kt and R2 = 0.963 between LW↓ and Kd). The direct relationship between (LW↓), (G) and (d) on surface was verified after climate and statistical analysis of the three components using a database of 7 years of measurements. In the spring and summer seasons, the values of (LW ↓), (G) and (d) are higher, accompanied by increases in temperature and concentration of clouds and water vapor in the atmosphere. In the autumn and winter seasons, the values of (LW↓), (G) and (d) are smaller, therefore the values of temperature and concentration of clouds and water vapor are also ...

A produção de biomassa pelas culturas está relacionada à quantidade de radiação fotossinteticamente ativa (RFA) interceptada e absorvida pelas folhas, bem como à eficiência com que estas convertem a energia radiante em energia química, através da fotossíntese. Esta capacidade de conversão é considerada como sendo a eficiência de uso da RFA. Com o objetivo de avaliar a eficiência de uso da RFA do tomateiro, cultivado em diferentes ambientes, foram conduzidos experimentos em estufa plástica com tela lateral anti-insetos (CT), em estufa plástica sem tela (ST) e a céu aberto (Fora). Os trabalhos foram executados em duas épocas (primavera-verão e verão-outono), no ano agrícola de 1999/2000, no Centro de Pesquisa Veterinária Desidério Finamor - FEPAGRO, em Eldorado do Sul, RS. Foram feitas medições de matéria seca aérea e índice de área foliar (IAF) ao longo dos dois ciclos. Os fluxos de RFA incidente e transmitida foram registrados a cada 30 minutos. No conjunto de todos os dados o coeficiente de extinção da cultura foi de 0,57. A fração absorvida de RFA, em relação à RFA interceptada, foi de 0,90. O ambiente CT teve menos RFA incidente, mas proporcionou maior eficiência de uso de RFA (0,44 e 0,60 g de MS mol-1 de RFA nos primeiro e segundo ciclos, respectivamente). No ambiente Fora, com mais RFA incidente, houve menor eficiência de uso da RFA (0,30 e 0,32 g mol-1 de RFA nos primeiro e segundo ciclos, respectivamente), enquanto que o ambiente ST permitiu valores intermediários de eficiência de uso da RFA (0,45 e 0,53 g mol-1 de RFAint). A maior eficiência de uso da RFA, no interior de estufa, esteve associada ao maior IAF e à maior produção de biomassa da cultura.

Resumo: O objetivo deste estudo foi customizar a ferramenta TARAM, por meio da aplicação da metodologia aprovada do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) AR-AM0005, para projetos florestais de MDL com Pinus taeda L. na região extremo sul do Paraná. Para tanto, foi simulada a produção volumétrica (m³.ha-1) de diversos regimes de manejo com idades de corte raso de 20 e 30 anos. O valor presente líquido (VPL) por hectare de cada regime de manejo foi calculado, para seleção de dois regimes de manejo: um com idade de corte raso de 20 anos e outro com idade de corte raso de 30 anos. Os regimes de manejo foram utilizados para compor os dois projetos florestais de MDL do presente estudo: o projeto de MDL (1) com período de obtenção de créditos do MDL de 20 anos; e o projeto de MDL (2) com período de obtenção de créditos do MDL de 30 anos. Posteriormente, a ferramenta TARAM foi customizada para cada projeto de MDL, gerando estimativas ex ante da remoção antrópica líquida de Gases de Efeito Estufa (GEE), bem como de Reduções Certificadas de Emissões (RCEs). O valor das RCEs.ha-1 foi calculado utilizando o preço de US$ 4,76 a RCE, bem como foram calculados os custos de transação (US$.ha-1) dos dois projetos de MDL. Com base nas receitas e nos custos, o VPL (US$.ha-1) foi calculado para os dois projetos de MDL. Por fim, o VPL foi convertido para a moeda brasileira (R$) utilizando a cotação do dólar a R$ 1,786. Analisando os resultados, observou-se que dentre os regimes de manejo simulados com a idade de corte raso de 20 e 30 anos, os que apresentaram maior VPL.ha-1 (R$ 1.343,77 e R$ 948,47, respectivamente) possuem densidade inicial de 2.500 indivíduos/ha, com desbastes aos 8, 11 e 15 anos para o regime com rotação de 20 anos, e com desbastes aos 8, 11, 15 e 20 anos para o regime com rotação de 30 anos. Com relação à customização da ferramenta TARAM, o projeto de MDL (1) obteve estimativa de remoção antrópica líquida de GEE (736.717 tCO2e) superior a do projeto de MDL (2) (591.475 tCO2e). O VPL.ha-1 no projeto de MDL (1), considerando 20 anos de projeto, foi de R$ 949,63 para RCE temporária (RCEt), R$ 415,05 para RCE de longo prazo (RCEl) com reversão e R$ 342,62 para RCEl sem reversão. No projeto de MDL (2), o VPL.ha-1 foi de R$ 1.165,57 para RCEt, R$ 441,85 para RCEl com reversão e R$ 276,71 para RCEl sem reversão, em 30 anos de projeto. Concluiu-se com o presente estudo que a ferramenta TARAM pode auxiliar de forma importante na elaboração de projetos florestais de MDL, sendo recomendado seu uso para esse fim. Além disso, concluiu-se que reflorestamentos com Pinus taeda, eventualmente implantados em resposta ao incentivo do MDL, podem gerar créditos de carbono e então contribuir com uma renda adicional aos produtores.

Orientador: José Eduardo Pitelli Turco / Banca: Renato Farias do Valle Junior / Banca: Pedro Henrique Ferreira Tomé / Banca: João Antonio Galbiatti / Banca: Teresa Cristina Tarle Pissarra / Resumo: Uma forma de verificar a eficiência de métodos de estimativa da evapotranspiração de referência é a comparação com o método de Penman- Monteith, recomendado pela Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura - FAO, como método padrão para estimativa da ET0. Com este estudo o objetivo foi avaliar três métodos de estimativa da ET0 e a influência dos erros diários na comparação dos métodos Makkink, Hargreaves e Radiação Solar, com o método de Penman-Monteith em quatro municípios da mesoregião do Triângulo Mineiro e Alto Paranaíba - MG. Para tanto, utilizou-se dados diários do ano de 2010 de radiação solar global, velocidade do vento, temperatura do ar e umidade relativa do ar obtidos nas estações meteorológicas automáticas do 5º Distrito de Meteorologia do Instituto Nacional de Meteorologia situadas nos municípios de Uberlândia, Araxá, Patrocínio e Ituiutaba. As análises dos resultados foram feitas para o período diário, utilizandose análise de regressão modelo linear y = ax, no qual a variável dependente foi o método de Penman-Monteith e a variável independente as estimativas da ET0 pelos métodos estudados. Foi utilizada metodologia que verifica a influência do desvio padrão diário da ET0 na comparação dos métodos estudados, indicando que entre os métodos de Radiação Solar e Penman-Monteith não se estabeleceu uma relação linear. Portanto, não podem ser comparados para as localidades estudadas. O resultado da análise de regressão indicou melhor ajuste para estimativa da ET0 para o método de Hargreaves para os quatro municípios estudados / Abstract: A way to check the efficiency of estimating methods for reference of evapotranspiration is compared with the Penman-Monteith, recommended by the United Nations Food and Agriculture Organization - FAO, as the standard method for estimating ET0. With this study the objective is to evaluate three methods for estimating ET0 and the influence of errors daily in the comparison of methods Makkink, Hargreaves and Solar Radiation, with the Penman-Monteith in four counties from the middle of Triângulo Mineiro and Alto Paranaíba - MG. To this end, we used daily data of the year 2010 of the global solar radiation, wind speed, air temperature and relative humidity obtained from automatic weather stations of the 5th District of Meteorology's National Meteorological Institute located in the cities of Uberlândia, Araxá, Patrocínio and Ituiutaba. Analyzes of the results were made for the daily period, using linear regression model y = ax, where the dependent variable was the Penman-Monteith and the independent variable estimates of ET0 by the methods studied. Methodology was used to verify the influence of the standard deviation of daily ET0 in the comparison of the methods studied, indicating that among the methods of Solar Radiation and Penman-Monteith it was not established a linear relationship. Therefore, it cannot be compared to the studied cities. The result of the regression analysis indicated a better fit for the estimation of ET0 to the method of Hargreaves for the four studied cities / Doutor

Made available in DSpace on 2015-02-04T01:01:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000465042-Texto+Completo-0.pdf: 1247743 bytes, checksum: b3674abb15c6f86607716451b781b2ce (MD5) Previous issue date: 2015 / The thin bifacial solar cells are a promising opportunity to reduce costs in manufacturing solar cells. These devices take advantage of solar radiation more efficiently by using the both sides of the solar cell to produce electricity. This study aimed to analyze the type of substrate, n and p, for the manufacture of thin bifacial solar cells with silicon substrate Czochralski (Cz-Si) with a thickness of 130 μm. The wafers, provided by the company Meyer Burger, were obtained by wire cutting process. The evaluation of the influence of texture processing time on the wafer, the diffusion/firing temperature optimization of metallic pastes deposited by screen printing and finally the comparison of the electrical parameters of solar cells with those from thin bifacial manufactured devices obtained by etching were performed. From a standard process of NT-Solar texture etch, two immersion times were tested, 50 min and 60 min, and the former showed the lowest weighted average reflectance and devices with higher short circuit density. The diffusion/firing of Ag and Al metallic pastes have been optimized considering the thermal processing temperature in the range between 850 ° C and 890 ° C. It was observed that the highest average efficiency were between 860 ° C and 870 ° C. The best performance were observed in the cells fabricated with phosphorous emitter in front and boron rear side, i. e., the structure n+np+ and n+pp+, and the efficiencies in front side was 12. 8% and 13. 6%, respectively and in the rear side 10. 4 % and 9. 0 %, respectively. By comparing these results with solar cells obtained by similar processes using chemical thinned wafers, the n+np+ structure had 1 % lower efficiency and the n+pp+ one presented similar efficiency values. Regarding the type of substrate, it can be concluded that the solar cells fabricated with the n-type substrate showed higher bifaciality, but the most efficient was manufactured with p-type silicon. / As células solares bifaciais finas representam uma oportunidade promissora para reduzir os custos na fabricação de células solares ao aproveitar a radiação solar de maneira mais eficiente utilizando as duas faces do dispositivo para produzir energia elétrica. Este trabalho teve como objetivo a análise do tipo de base, n e p, para fabricação de células solares bifaciais finas com substrato de silício Czochralski (Si- Cz) com espessura da ordem de 130 μm obtidas após processo de corte a fios e fornecidas pela empresa Meyer Burguer. Foi realizada a avaliação da influência do tempo de processo de texturação, a otimização da temperatura de queima/difusão das pastas metálicas depositadas por serigrafia e, por fim, a comparação dos parâmetros elétricos das células solares com os obtidos em dispositivos bifaciais fabricados em lâminas finas obtidas por ataque químico. A partir de um processo de texturação padrão do NT-Solar dois tempos de imersão foram testados, 50 min e 60 min, sendo que o primeiro produziu a menor refletância média ponderada e os dispositivos com maior densidade de corrente de curto-circuito. A queima das pastas metálicas de Ag e Al foi otimizada considerando a temperatura do processo térmico no intervalo entre 850 °C e 890 °C. Observou-se que a maior eficiência média se encontra entre 860 °C e 870 °C. As células solares mais eficientes foram as fabricadas com a região frontal dopada com fósforo e a posterior dopada com boro, isto é, as estruturas n+np+ e n+pp+ com eficiências frontal de 12,8 % e 13,6 %, respectivamente, e eficiência posterior de 10,4 % e 9,0 %, respectivamente. Ao comparar estes resultados com células solares obtidas por processos similares e fabricadas com lâminas de outros fabricantes a estrutura n+np+ apresentou eficiência 1 % menor e a estrutura n+pp+ apresentou valores similares. Quanto ao tipo de substrato, as células solares fabricadas com o tipo n apresentaram melhor bifacialidade, mas as mais eficientes foram as fabricadas com silício tipo p.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000427972-Texto+Parcial-0.pdf: 121824 bytes, checksum: d5c22edd7cd93b6717cda180b10bfa36 (MD5) Previous issue date: 2010 / This study aims to develop a prototype of a portable instrument for measuring the solar irradiance with parameters comparable to solar radiometers and similar instruments. The methodology applied in this work uses the NBR ISO/IEC 17025:2005 and ISO 9060:1990. The prosed radiometer has technological innovation, it does not only measures the global and diffuse radiation as measured in commercial equipment, but it measures the levels of Ultraviolet, Visible, Infrared radiation and UV Index. Therefore, the prosed radiometer will be substitute a complete set of radiometers. The result obtained is described as follow: the step response time is below 15 seconds; the system doesn’t need adjustment of the zero; in relation to the influence of temperature, variation (percent of standard deviation) in irradiance measured by the prototype is below a 1% for variations of 50ºk; the incidence angle response of the prototype is adequateed for -80º to 80º (deviations lower than 2,5 %); the incidence directional response of the radiometer has an error in the order of 10 % and the radiometer developed has an adequate spectral response in Ultraviolet, Visible, Infrared. These tests classify the multifunctional radiometer as 1ª Class for regions of Ultraviolet and Visible and of 2ª Class for Infrared region. / Esse trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um protótipo portátil de um instrumento de medição da irradiância solar com parâmetros comparáveis aos radiômetros solares e instrumentos similares. Para tanto a metodologia empregada seguiu a NBR ISO/IEC 17025:2005. O radiômetro proposto tem como inovação tecnológica a determinação não só da radiação global e difusa, medidas nos equipamentos comerciais, mas também determinar os níveis de radiação Ultravioleta, Visível, Infravermelha e Índice UV solar. Portanto, o radiômetro proposto poderá substituir um conjunto completo de radiômetros. Os ensaios de classificação do radiômetro proposto, segundo a ISO 9060:1990, apresentaram o tempo de resposta do sensor à variação da intensidade de radiação inferior a 15 segundos, a não necessidade de compensação do zero e o desvio percentual de 1,1% na Não-linearidade para uma irradiância de 500Wm-2. Adicionalmente, quanto a resposta à temperatura, foram registradas variações do desvio padrão percentual na irradiância inferior a 1% para variações de 50ºk na temperatura. A resposta à inclinação do protótipo foi adequada de -80º à 80º, com erro inferior a 2,5% e a resposta direcional do radiômetro apresentou um erro máximo da resposta superior menor que 10%. O radiômetro desenvolvido apresenta seletividade espectral na região do Ultravioleta, Visível e no Infravermelho próximo. Esses ensaios classificam o radiômetro multifuncional proposto como de 1ª Classe para as regiões do Ultravioleta e Visível, sendo de 2ª Classe para a região do Infravermelho.

Foi estudado teórica e experimentalmente um sistema fotovoltaico acoplado a cavidades tipo V com rastreamento em torno de um eixo horizontal orientado na direção Norte-Sul. Para certas combinações da relação de concentração e ângulo do vértice, os concentradores tipo V possuem a propriedade de iluminar uniformemente a região absorvedora, característica que os torna particularmente aptos para trabalhar em conjunto com módulos fotovoltaicos. O trabalho analisa três aspectos: a) as propriedades óticas e radiantes das cavidades tipo V; b) a metodologia de projeto das cavidades e c) o desempenho de um protótipo experimental. Com relação às propriedades óticas, os raios incidentes, que atingem o absorvedor (radiação aceita) ou invertem o sentido de sua trajetória e retornam à abertura (radiação rejeitada), são categorizados de acordo com o número de reflexões que experimentam antes de atingir o absorvedor ou a abertura, respectivamente. Os raios assim classificados são denominados modos de reflexão. O estudo do seu comportamento permite derivar soluções analíticas para as propriedades óticas e radiantes da cavidade. Estas soluções possibilitam calcular: 1 ) a função de aceitação angular e a eficiência ótica para radiação direta, aceita e rejeitada; 2) a distribuição espacial e angular da densidade de fluxo na região do absorvedor e 3) os coeficientes de intercâmbio radiante para radiação difusa, aceita e rejeitada. Resultados numéricos para uma variedade de combinações da relação de concentração e ângulo do vértice são apresentados. A metodologia de projeto da cavidade é abordada a partir dos resultados do estudo anterior, que permitem definir o subconjunto de cavidades cuja iluminação na região do absorvedor é uniforme, determinar o intervalo angular para o qual isso se verifica e calcular suas propriedades óticas e radiantes. Essas informações conjuntamente com uma análise de custos permitem definir a cavidade que apresenta as melhores condições operacionais e relação de custo-benefício. Foi construído um protótipo de sistema fotovoltaico e realizados testes instantâneos de caracterização ótica e elétrica de seus componentes e testes operacionais do sistema. Os resultados experimentais confirmam o aumento esperado de 31% na coleção de energia solar, devido ao acompanhamento do movimento do Sol, e mostram um aumento de 51% na produção de energia elétrica diária do sistema com concentração em relação ao sistema sem concentração. O resultado combinado de ambos efeitos é um aumento da ordem de 100% na energia elétrica produzida, com relação a coletores fixos sem concentração. Os procedimentos desenvolvidos para analisar o sistema fotovoltaico permitem, do ponto de vista qualitativo, adquirir uma adequada compreensão dos processos de conversão de energia e, do ponto de vista quantitativo, estimar seu desempenho com boa exatidão. Os resultados teóricos e experimentais deste estudo podem ser de importância no desenvolvimento da engenharia de projeto, construção e teste de sistemas fotovoltaicos de médio e grande porte. / A theoretical and experimental study of a photovoltaic system coupled to V-trough cavities, tracking the sun around one axis1 N-S horizontal, has been undertaken. For certain combinations of concentration ratio and vertex angle, V-trough cavities can uniformly illuminate the flat absorber, property which makes those concentrators particularly suitable to work in conjunction with photovoltaic modules. The work studies three aspects of the problem: a) the optical and radiative properties of the V-trough cavities; b) their design procedure and c) the performance of an experimental prototype. Concerning the first item, the incident light rays are categorized according to the number of reflections undergone before reaching either the absorber (accepted radiation) or the aperture (light rays which experiment a path reversal toward rejection out of the cavity). These are referred to as reflection modes. The analyses of the reflections modes behavior enables to derive closed form analytic solutions for the optical and radiative properties of the V-trough cavities. Then it can be obtained 1) the angular acceptance function and optical efficiency for accepted and rejected beam radiation; 2) the spatial and angular flux distribution on the absorber region and 3) the radiative exchange coefficients for accepted and rejected diffuse radiation. Numerical results for various combinations of concentration ratio and vertex angle, are given. The design procedure of the cavity is closely related to the results derived in the previous study. They allow to identify the subclass of cavities with uniform illumination on the absorber, to determine the angular interval where this property holds and to calculate its optical and radiative properties. Together with a cost analyses it is possible to select the cavities that meet the best operational conditions and cost-benefit relation. A prototype of the photovoltaic system was built and the optical and electrical characteristics of the various system components, were determined through instantaneous tests. Long run, operational tests of the photovoltaic system were also done. The results confirm the expected increase of 31% in collected energy, due to sun tracking, and show a 51% of energy increase due to light concentration. The combined result of tracking and concentration yields an energetic gain of de arder of 100%, when compared with a fixed system with no concentration. The procedures developed to test and evaluate the photovoltaic system provide a good understanding of the energy conversion processes and enable to predict the system performance with good accuracy. The experimental and theoretical resulta of this study are relevant for the development of the engineering of design, building and test of medium and large size photovoltaic systems.

Este trabalho pode ser melhor descrito a partir da sua divisão em duas etapas. Uma predominantemente experimental onde se descreve o projeto, o desenvolvimento e a calibração de um radiômetro espectral destinado à caracterização da distribuição espectral da irradiância solar e outra etapa teórica que permite obter o espectro solar. O radiômetro espectral desenvolvido neste trabalho possui um anel de sombra rotativo, deste modo utiliza-se o mesmo conjunto de sensores na medida das componentes global, direta e difusa da radiação solar. Diferentemente de outros instrumentos que utilizam filtros ópticos de interferência acoplados a fotodiodos de silício, empregou-se no radiômetro diodos emissores de luz (LEDs), como sensores espectrais. Esta escolha baseia-se principalmente no alto custo dos filtros ópticos de boa qualidade e também devido à sua degradação. O radiômetro desenvolvido nesta Dissertação também possui um fotodiodo de silício com resposta espectral ampla (entre 300 e 1100 nm) destinado à medida da irradiância solar total. Na etapa teórica é desenvolvida uma metodologia para caracterização espectral da irradiância solar a partir dos dados obtidos pelo radiômetro espectral para uma atmosfera isenta de nuvens. Estes dados são utilizados na determinação da quantidade de água precipitável e espessura óptica de aerossóis. Estes parâmetros atmosféricos, além da coluna total de ozônio, associados a variáveis meteorológicas locais (pressão atmosférica, umidade relativa e albedo da superfície), variáveis de tempo (hora e data) e variáveis de espaço (latitude, longitude, altitude) são utilizados como dados de entrada em um programa computacional escrito em linguagem FORTRAN 77 baseado no modelo SMARTS2 (Simple Model of the Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine). O programa computacional é capaz de modelar a irradiância solar direta, difusa e global incidente sobre superfícies planas ou inclinadas. O modelo paramétrico cobre o segmento entre 280 até 4000 nm, com resolução espectral de 0,5 nm entre 280-400 nm, 1 nm entre 400-1700 nm e 5 nm entre 1705-4000 nm. / For a better understanding, this work is divided into two sections. The first one, predominately experimental, is related to the design, development and calibration of a radiometer used for spectral solar irradiance measurements. The other section, theoretical, is devoted to obtain the solar spectrum from the atmospheric parameters. The built spectral radiometer is provided with a rotating shadow-band, so the global, beam and diffuse solar irradiance components can be measured with the same set of sensors. Differently from other instruments, this radiometer utilizes light-emitting diodes (LEDs) as spectrally selective sensors, instead of interference filters and photodiodes. This option is favored by the high prices and quality degradation of the interference filters. The radiometer developed in this dissertation also employs a broadband (response between 300-1100 nm) silicon photodiode to detect the global solar irradiance. The methodology used to reconstruct the spectral solar irradiance of a cloudless sky from the radiometer data is explained in the theoretical section of this work. The data from the spectral radiometer are used for the determination of precipitable water and aerosol optical depth. These atmospheric parameters and the ozone optical depth, together with meteorological variables (atmospheric pressure, relative humidity and local albedo), geographic variables (latitude, longitude and altitude), time and date are used as input data for a computer program developed in FORTRAN 77 based on the SMARTS2 (Simple Model of the Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine) model. This computer program allows the determination of the global, beam and diffuse solar irradiance on horizontal or tilted planes. The model covers the wavelength range from 280 nm to 4020 nm. The achieved resolution is 0,5 nm between 280 nm and 400 nm, 1 nm between 400 nm and 1700 nm and 5 nm between 1705 nm and 4000 nm. The results of the methodology are compared to the experimental values obtained for the global-horizontal irradiance in order to validate the spectral irradiance predictions.

Este trabalho pode ser melhor descrito a partir da sua divisão em duas etapas. Uma predominantemente experimental onde se descreve o projeto, o desenvolvimento e a calibração de um radiômetro espectral destinado à caracterização da distribuição espectral da irradiância solar e outra etapa teórica que permite obter o espectro solar. O radiômetro espectral desenvolvido neste trabalho possui um anel de sombra rotativo, deste modo utiliza-se o mesmo conjunto de sensores na medida das componentes global, direta e difusa da radiação solar. Diferentemente de outros instrumentos que utilizam filtros ópticos de interferência acoplados a fotodiodos de silício, empregou-se no radiômetro diodos emissores de luz (LEDs), como sensores espectrais. Esta escolha baseia-se principalmente no alto custo dos filtros ópticos de boa qualidade e também devido à sua degradação. O radiômetro desenvolvido nesta Dissertação também possui um fotodiodo de silício com resposta espectral ampla (entre 300 e 1100 nm) destinado à medida da irradiância solar total. Na etapa teórica é desenvolvida uma metodologia para caracterização espectral da irradiância solar a partir dos dados obtidos pelo radiômetro espectral para uma atmosfera isenta de nuvens. Estes dados são utilizados na determinação da quantidade de água precipitável e espessura óptica de aerossóis. Estes parâmetros atmosféricos, além da coluna total de ozônio, associados a variáveis meteorológicas locais (pressão atmosférica, umidade relativa e albedo da superfície), variáveis de tempo (hora e data) e variáveis de espaço (latitude, longitude, altitude) são utilizados como dados de entrada em um programa computacional escrito em linguagem FORTRAN 77 baseado no modelo SMARTS2 (Simple Model of the Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine). O programa computacional é capaz de modelar a irradiância solar direta, difusa e global incidente sobre superfícies planas ou inclinadas. O modelo paramétrico cobre o segmento entre 280 até 4000 nm, com resolução espectral de 0,5 nm entre 280-400 nm, 1 nm entre 400-1700 nm e 5 nm entre 1705-4000 nm. / For a better understanding, this work is divided into two sections. The first one, predominately experimental, is related to the design, development and calibration of a radiometer used for spectral solar irradiance measurements. The other section, theoretical, is devoted to obtain the solar spectrum from the atmospheric parameters. The built spectral radiometer is provided with a rotating shadow-band, so the global, beam and diffuse solar irradiance components can be measured with the same set of sensors. Differently from other instruments, this radiometer utilizes light-emitting diodes (LEDs) as spectrally selective sensors, instead of interference filters and photodiodes. This option is favored by the high prices and quality degradation of the interference filters. The radiometer developed in this dissertation also employs a broadband (response between 300-1100 nm) silicon photodiode to detect the global solar irradiance. The methodology used to reconstruct the spectral solar irradiance of a cloudless sky from the radiometer data is explained in the theoretical section of this work. The data from the spectral radiometer are used for the determination of precipitable water and aerosol optical depth. These atmospheric parameters and the ozone optical depth, together with meteorological variables (atmospheric pressure, relative humidity and local albedo), geographic variables (latitude, longitude and altitude), time and date are used as input data for a computer program developed in FORTRAN 77 based on the SMARTS2 (Simple Model of the Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine) model. This computer program allows the determination of the global, beam and diffuse solar irradiance on horizontal or tilted planes. The model covers the wavelength range from 280 nm to 4020 nm. The achieved resolution is 0,5 nm between 280 nm and 400 nm, 1 nm between 400 nm and 1700 nm and 5 nm between 1705 nm and 4000 nm. The results of the methodology are compared to the experimental values obtained for the global-horizontal irradiance in order to validate the spectral irradiance predictions.