The aim of this study is to evaluate the variation of solar radiation data between different data sources that will be free and available at the Solar Energy Research Center (SERC). The comparison between data sources will be carried out for two locations: Stockholm, Sweden and Athens, Greece. For the desired locations, data is gathered for different tilt angles: 0°, 30°, 45°, 60° facing south. The full dataset is available in two excel files: “Stockholm annual irradiation” and “Athens annual irradiation”. The World Radiation Data Center (WRDC) is defined as a reference for the comparison with other dtaasets, because it has the highest time span recorded for Stockholm (1964–2010) and Athens (1964–1986), in form of average monthly irradiation, expressed in kWh/m2. The indicator defined for the data comparison is the estimated standard deviation. The mean biased error (MBE) and the root mean square error (RMSE) were also used as statistical indicators for the horizontal solar irradiation data. The variation in solar irradiation data is categorized in two categories: natural or inter-annual variability, due to different data sources and lastly due to different calculation models. The inter-annual variation for Stockholm is 140.4kWh/m2 or 14.4% and 124.3kWh/m2 or 8.0% for Athens. The estimated deviation for horizontal solar irradiation is 3.7% for Stockholm and 4.4% Athens. This estimated deviation is respectively equal to 4.5% and 3.6% for Stockholm and Athens at 30° tilt, 5.2% and 4.5% at 45° tilt, 5.9% and 7.0% at 60°. NASA’s SSE, SAM and RETScreen (respectively Satel-light) exhibited the highest deviation from WRDC’s data for Stockholm (respectively Athens). The essential source for variation is notably the difference in horizontal solar irradiation. The variation increases by 1-2% per degree of tilt, using different calculation models, as used in PVSYST and Meteonorm. The location and altitude of the data source did not directly influence the variation with the WRDC data. Further examination is suggested in order to improve the methodology of selecting the location; Examining the functional dependence of ground reflected radiation with ambient temperature; variation of ambient temperature and its impact on different solar energy systems; Im pact of variation in solar irradiation and ambient temperature on system output.

The goal of this study is to evaluate Swedish photovoltaic systems regarding energy production from two different years and compare the gathered data with results from a model simulating optimal conditions. This is done to investigate how the energy production differs between each year, why there are differences, and also to evaluate the simulation tools compared to the real production data. A good way to measure performance is to calculate the specific yield, that is the energy produced per unit of installed power (kWh/kWp). In order to complete this study, a literature study was made to investigate reasons for potential variations in PV system yield. Besides that, the production data from 2373 PV systems in Sweden were collected from different databases, and the data were sorted and compiled in order to calculate specific yield (kWh/kWp). The total number of PV systems after sorting was 828 for the 2017-2018 data and 1380 systems for the 2018 data. Data from real PV system production was compared with calculations performed in two simulation tools, PVGIS and PVsyst. Differences in calculation methods were investigated for performance evaluations between the two programs, and also for comparison with the real plant data. The results showed that the average specific yield for Sweden as a whole, to be 798 kWh/kWp for 2017. For 2018 with the results where 890 kWh/kWp when looking at the exact same plants as for 2017. This is an increase of 11,5%. For the simulation tools the results where 974 kWh/kWp for PVGIS, and 978 for PVsyst for an optimized system. Larger variations in specific yield occurs between every of the 21 counties in Sweden. The solar irradiations show significant correlations to the variations of the 2017 and 2018 specific yield data. Differences between the production data from the two years and the simulation tools wereinvestigated further. Reasons for this was discussed to be because of orientations of the panels and shading of the panels. Real PV systemsdiffer in orientation and the amount of shadowing from the simulated calculations.

O objetivo desse estudo é analisar e sistematizar os elementos necessários à modelagem da energia primária solar para geração fotovoltaica em escala. Metodologicamente, investigam-se os assuntos inerentes à solarimetria e a caracterização da radiação solar, desde a formação das equações que definem a incidência da radiação no topo da atmosfera, o desenvolvimento tecnológico de radiômetros, até as normas e critérios de classificação desses equipamentos. Também são elementos metodológicos a caracterização do irradiância solar, incluindo algoritmos de tratamento de dados de irradiância, os processos de estimativa de irradiação para a agricultura e análises probabilísticas de índices de transmitância atmosférica. Busca-se a aplicação das etapas de caracterização e a análise do recurso, definidas neste estudo, por meio da utilização dos dados fornecidos por duas estações solarimétricas: ESUPP e ESPEL. Como resultados são definidos a média diária parcial anual de disponibilidade do recurso para uma região no interior do estado de São Paulo (localização da ESUPP) em 5,29 kWh/m² e a média diária anual de disponibilidade do recurso para a região metropolitana da cidade de São Paulo (localização da ESPEL) em 4,41 kWh/m², além disso verifica-se que a relação entre as componentes global horizontal, difusa horizontal e direta vertical varia para os dados das duas estações solarimétricas, de modo que, parte significativa dos dados da ESPEL apresenta medições de irradiância global horizontal (IGH) entre 12% e 13% superiores à respectiva componente difusa horizontal (IDH) somada a parcela vertical da respectiva componente direta normal (IDNcos?z), enquanto que, essa mesma relação para os dados da ESUPP atendem à relação IGH=IDH+IDNcos?z dentro do intervalo aceitável de mais ou menos 10%. Verifica-se também caráter trimodal das curvas de densidade de probabilidade do índice de transmitância da irradiância global para os dados da ESPEL, enquanto os dados da ESUPP refletem em curva de caráter bimodal. Assim é possível constatar a necessidade de definição de um modelo universal de previsibilidade do recurso e verifica-se que os insumos mais relevantes para o modelo podem variar de região para região dada a caracterização geográfica e de microclima. Conclui-se, portanto, a indiscutível necessidade de dados radiométricos confiáveis medidos em solo para avanços científicos, tecnológicos e comerciais do aproveitamento do recurso solar como fonte energética diante do atual contexto da busca por fontes alternativas de energia limpa e evidencia-se o grande caminho a ser percorrido para a consolidação de uma rede confiável, monitorada e amplificada de medições solarimétricas no Brasil e no mundo. / The purpose of this study is to analyze and to systematize the elements required for modeling primary solar energy for photovoltaic generation in large scale. Solarimetric subjects and subjects related to solar irradiance flux characterization, from the formation of the equations that define the incidence of radiation at the top of the atmosphere, the technologic development of radiometers and the rules and criteria for the classification of these measurement instruments, are methodologically investigated. The characterization of the irradiance flux, including irradiance data treatment algorithms, the irradiance estimate processes for agriculture, and the probability analyses of atmosphere transmittance indexes are also methodological elements. The steps of characterization and resource analysis defined in this study are applied, using data provided for two solarimetric stations: ESUPP and ESPEL. Results showed that the partial annual daily average for resource availability in the countryside of São Paulo State (ESUPP location), is 5.9 kWh/m², and the annual daily average for resource availability in the metropolitan area of São Paulo City (ESPEL location) is 4.41 kWh/m². Moreover, it was observed that the relation between the global horizontal, diffuse horizontal and direct vertical components varies between both solarimetric stations, such that a significant part of the ESPEL data shows global horizontal irradiance (GHI) between 12% and 13% above the respective diffuse horizontal irradiance (DHI) plus the vertical portion of the respective direct normal component (DNIcos?z), while the same relation for the ESUPP data attend the GHI=DHI+DNIcos?z relation within the acceptable range of 10%, give or take. ESPEL data presented trimodal characteristics for the probability density curves of the transmittance index for global irradiation, while ESUPP data reflect on the same curve, with bimodal characteristics. Therefore, it is possible to verify the need of the determination of a universal predictability model of the resource and it is possible to affirm that the more relevant inputs to the model can vary from region to region, depending on the geographic character and microclimate. In conclusion, there is an unquestionable need for reliable radiometric data, measured in ground, for scientific, technologic and commercial advances to improve the use of solar resource as energy source, considering the current scenario, which demands alternative sources for clean energy. It is also evident that there is still a long path to be tracked in order to consolidate a reliable, monitored and amplified network for solarimetric measurements in Brazil and in the world.

O objetivo desse estudo é analisar e sistematizar os elementos necessários à modelagem da energia primária solar para geração fotovoltaica em escala. Metodologicamente, investigam-se os assuntos inerentes à solarimetria e a caracterização da radiação solar, desde a formação das equações que definem a incidência da radiação no topo da atmosfera, o desenvolvimento tecnológico de radiômetros, até as normas e critérios de classificação desses equipamentos. Também são elementos metodológicos a caracterização do irradiância solar, incluindo algoritmos de tratamento de dados de irradiância, os processos de estimativa de irradiação para a agricultura e análises probabilísticas de índices de transmitância atmosférica. Busca-se a aplicação das etapas de caracterização e a análise do recurso, definidas neste estudo, por meio da utilização dos dados fornecidos por duas estações solarimétricas: ESUPP e ESPEL. Como resultados são definidos a média diária parcial anual de disponibilidade do recurso para uma região no interior do estado de São Paulo (localização da ESUPP) em 5,29 kWh/m² e a média diária anual de disponibilidade do recurso para a região metropolitana da cidade de São Paulo (localização da ESPEL) em 4,41 kWh/m², além disso verifica-se que a relação entre as componentes global horizontal, difusa horizontal e direta vertical varia para os dados das duas estações solarimétricas, de modo que, parte significativa dos dados da ESPEL apresenta medições de irradiância global horizontal (IGH) entre 12% e 13% superiores à respectiva componente difusa horizontal (IDH) somada a parcela vertical da respectiva componente direta normal (IDNcos?z), enquanto que, essa mesma relação para os dados da ESUPP atendem à relação IGH=IDH+IDNcos?z dentro do intervalo aceitável de mais ou menos 10%. Verifica-se também caráter trimodal das curvas de densidade de probabilidade do índice de transmitância da irradiância global para os dados da ESPEL, enquanto os dados da ESUPP refletem em curva de caráter bimodal. Assim é possível constatar a necessidade de definição de um modelo universal de previsibilidade do recurso e verifica-se que os insumos mais relevantes para o modelo podem variar de região para região dada a caracterização geográfica e de microclima. Conclui-se, portanto, a indiscutível necessidade de dados radiométricos confiáveis medidos em solo para avanços científicos, tecnológicos e comerciais do aproveitamento do recurso solar como fonte energética diante do atual contexto da busca por fontes alternativas de energia limpa e evidencia-se o grande caminho a ser percorrido para a consolidação de uma rede confiável, monitorada e amplificada de medições solarimétricas no Brasil e no mundo. / The purpose of this study is to analyze and to systematize the elements required for modeling primary solar energy for photovoltaic generation in large scale. Solarimetric subjects and subjects related to solar irradiance flux characterization, from the formation of the equations that define the incidence of radiation at the top of the atmosphere, the technologic development of radiometers and the rules and criteria for the classification of these measurement instruments, are methodologically investigated. The characterization of the irradiance flux, including irradiance data treatment algorithms, the irradiance estimate processes for agriculture, and the probability analyses of atmosphere transmittance indexes are also methodological elements. The steps of characterization and resource analysis defined in this study are applied, using data provided for two solarimetric stations: ESUPP and ESPEL. Results showed that the partial annual daily average for resource availability in the countryside of São Paulo State (ESUPP location), is 5.9 kWh/m², and the annual daily average for resource availability in the metropolitan area of São Paulo City (ESPEL location) is 4.41 kWh/m². Moreover, it was observed that the relation between the global horizontal, diffuse horizontal and direct vertical components varies between both solarimetric stations, such that a significant part of the ESPEL data shows global horizontal irradiance (GHI) between 12% and 13% above the respective diffuse horizontal irradiance (DHI) plus the vertical portion of the respective direct normal component (DNIcos?z), while the same relation for the ESUPP data attend the GHI=DHI+DNIcos?z relation within the acceptable range of 10%, give or take. ESPEL data presented trimodal characteristics for the probability density curves of the transmittance index for global irradiation, while ESUPP data reflect on the same curve, with bimodal characteristics. Therefore, it is possible to verify the need of the determination of a universal predictability model of the resource and it is possible to affirm that the more relevant inputs to the model can vary from region to region, depending on the geographic character and microclimate. In conclusion, there is an unquestionable need for reliable radiometric data, measured in ground, for scientific, technologic and commercial advances to improve the use of solar resource as energy source, considering the current scenario, which demands alternative sources for clean energy. It is also evident that there is still a long path to be tracked in order to consolidate a reliable, monitored and amplified network for solarimetric measurements in Brazil and in the world.

The current energy situation is taking a turn towards renewable energies, due to the new pacts to curb global warming. These agreements, together with governmental aid, are facilitating an escalation in the production and improvement of new energy systems and the price decrease due to a larger-scale production. Within these energy alternatives, solar energy is found, specifically the subject to be treated in this project is photovoltaic energy, due to its exponential growth in the last 10 years, new tools are being developed for its monitoring and modelling. Therefore, the main objective of this thesis is to develop a method  for installation testing of a PV-system. The method should give the installed nominal power of the system and show if the maximum power point trackers work as expected. A large PV-system was installed on the roof of Gävle Arenaby during 2017. A measurement system for monitoring of the power of the system and of the solar irradiance was installed. Different parameters have been taken into account for the adjustment of the model that vary the performance of the system. These factors are: the irradiance received, the module temperature and the angle of incidence. It has been concluded that the results obtained indicate a correct adjustment of the theoretical power against the real power, which means, a correct operation of the generated model. Besides, the expected power follows a linear trend, reaching the power set by the manufacturer for Standard Test Conditions. The results show that the monitored modules-strings fulffill the promised performance and the method for installation testing work as expected. The linear correlation between corrected power and irradiance means that the maximum power point tracker in the inverter works independent of the power.

Submitted by ADRIANO DE SOUZA MARQUES (adrianosmarques@gmail.com) on 2018-07-24T20:31:46Z No. of bitstreams: 1 TESE-FINAL- OK - ADRIANO DE SOUZA MARQUES.pdf: 4099150 bytes, checksum: 7d637f84bcd1d9458ad52467f0e5bfe8 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Lucia de Grava Kempinas (algkempinas@fca.unesp.br) on 2018-07-25T11:31:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marques_as_dr_botfca.pdf: 4099150 bytes, checksum: 7d637f84bcd1d9458ad52467f0e5bfe8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-25T11:31:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marques_as_dr_botfca.pdf: 4099150 bytes, checksum: 7d637f84bcd1d9458ad52467f0e5bfe8 (MD5) Previous issue date: 2018-05-30 / Neste trabalho é realizado um estudo para estimar a transmissividade da radiação global (Ktβh) e a fração difusa (Kdβh) incidentes em uma superfície com inclinação de 22,85° na base horária utilizando técnicas de aprendizado de máquina (TAM), a partir de dados obtidos no período de 1998 a 2001 em Botucatu/SP/Brasil. As estimativas foram realizadas usando uma série de combinações de variáveis astronômicas e geográficas por meio de três técnicas de redes neurais artificiais (RNA) do tipo Perceptron Multicamadas (MLP), Função de Base Radial (RBF) e Regressão Generalizada (GRNN) e do Sistema Adaptativo de Inferência Neuro Fuzzy (ANFIS). Como referência foram elaborados modelos estatísticos (ME) de regressão linear e polinomial. No Capítulo 1 as estimativas de (Ktβh) foram realizadas por combinações de variáveis medidas e calculadas a partir da irradiação global na superfície horizontal (HgH) e nas estimativas de (Kdβh) utilizou-se combinações de variáveis medidas e calculadas a partir de (HgH) e da irradiação global na superfície inclinada (Hgβ). No Capítulo 2 as estimativas de (Kdβh) foram realizadas por combinações de variáveis medidas e calculadas a partir das irradiações difusa (HdH) e global (HgH) obtidas na superfície horizontal. Os indicadores estatísticos r (correlação), RMSE(%) (precisão) e MBE(%) (exatidão) foram utilizados para avaliar os resultados das estimativas. No capítulo 1 os melhores resultados nas estimativas de (Ktβh) a partir das combinações realizadas com (HgH) foram: MLP - RMSE=3,73%; RBF - RMSE=3,99%; GRNN - RMSE=5,27%; ANFIS - RMSE=3,78% e ME - RMSE=6,65%. Nesse caso os indicadores de precisão mostram uma redução de aproximadamente 44% com o uso da técnica (MLP) em comparação ao modelo estatístico (ME). Nas estimativas de (Kdβh) a partir das combinações de (HgH) os melhores resultados foram: MLP - RMSE=21,69%; RBF - RMSE=25,43%; GRNN - RMSE=29,39%; ANFIS - RMSE=23,08% e - ME - RMSE=35,35%. Da mesma forma os indicadores de precisão mostram uma redução de aproximadamente 39% com o uso da técnica (MLP) em comparação ao modelo estatístico (ME). E nas estimativas de (Kdβh) a partir das combinações realizadas com (Hgβ) os melhores resultados foram: MLP - RMSE=20,32%; RBF - RMSE=21,95%; GRNN - RMSE=29,11%; ANFIS - RMSE=21,75% e ME - RMSE=36,48%. Os indicadores de precisão mostram uma redução de aproximadamente 44% com o uso da técnica (MLP) em comparação ao modelo estatístico (ME). No capítulo 2 as melhores estimativas de (Kdβh) a partir das combinações realizadas com (HdH) foram: MLP - RMSE=4,03%; RBF - RMSE=5,84%; GRNN - RMSE=10,85%; ANFIS - RMSE=4,15% e ME - RMSE=12,42%. Os indicadores de precisão mostram uma redução de aproximadamente 67% com o uso da técnica (MLP) em comparação ao modelo estatístico (ME). Nas estimativas de (Kdβh) a partir de (HgH) os melhores resultados foram: MLP - RMSE=21,69%; RBF - RMSE=25,43%; GRNN - RMSE=29,39%; ANFIS - RMSE=23,08% e ME - RMSE=35,35%. Os indicadores de precisão mostram uma redução de aproximadamente 39% com o uso da técnica (MLP) em comparação ao modelo estatístico (ME). Os resultados mostram que a técnica de rede neural artificial MLP apresentou os melhores índices em todas as estimativas de (Ktβh) e (Kdβh) com reduções significativas quando comparadas aos resultados obtidos com as estimativas obtidas com os modelos estatísticos. Pela análise dos resultados é possível observar que o uso das técnicas de aprendizado de máquina (TAM) nas combinações de variáveis propostas e com os dados obtidos de Botucatu/SP, se apresentam como alternativa aos modelos estatísticos (ME) para estimar as variáveis de (Ktβh) e (Kdβh). / In this work, a study was carried out to estimate the transmissivity of the global radiation (Ktβh) and the diffuse fraction (Kdβh) incident on a surface with slope of 22.85 ° in the hourly basis using machine learning techniques (MLT), from data obtained from 1998 to 2001 in Botucatu / SP / Brazil. The estimates were made using a series of combinations of astronomical and geographic variables by means of three artificial neural network (ANN) techniques such as MultLayer Perceptron (MLP), Radial Basis Functions Networks (RBF) and Generalized Regression Neural Network (GRNN) Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS). Statistical models (SM) of linear and polynomial regression were elaborated as reference. In Chapter 1 estimates of (Ktβh) were performed by combinations of variables measured and calculated from global horizontal surface irradiation (HgH) and estimates of (Kdβh) combinations of variables measured and calculated from (HgH) and global radiation on the sloped surface (Hgβ). In Chapter 2 estimates of (Kdβh) were performed by combinations of variables measured and calculated from the diffuse (HdH) and global (HgH) irradiances obtained on the horizontal surface. The statistical indicators r (correlation), RMSE (%) (precision) and MBE (%) (accuracy) were used to evaluate the results of the estimates. In Chapter 1 the best results in the estimates of (Ktβh) from the combinations performed with (HgH) were: MLP - RMSE = 3.73%; RBF - RMSE = 3.99%; GRNN - RMSE = 5.27%; ANFIS-RMSE = 3.78% and SM - RMSE = 6.65%. In this case the precision indicators show a reduction of approximately 44% with the use of the technique (MLP) in comparison to the statistical model (SM). In the estimates of (Kdβh) from the combinations of (HgH) the best results were: MLP - RMSE = 21.69%; RBF - RMSE = 25.43%; GRNN - RMSE = 29.39%; ANFIS - RMSE = 23.08% and SM - RMSE = 35.35%. Likewise, the precision indicators show a reduction of approximately 39% with the use of the technique (MLP) in comparison to the statistical model (SM). And in the estimates of (Kdβh) from the combinations performed with (Hgβ) the best results were: MLP - RMSE = 20.32%; RBF - RMSE = 21.95%; GRNN - RMSE = 29.11%; ANFIS - RMSE = 21.75% and SM - RMSE = 36.48%. The precision indicators show a reduction of approximately 44% with the use of the technique (MLP) in comparison to the statistical model (SM). In Chapter 2 the best estimates of (Kdβh) from the combinations performed with (HdH) were: MLP - RMSE = 4.03%; RBF - RMSE = 5.84%; GRNN - RMSE = 10.85%; ANFIS - RMSE = 4.15% and SM - RMSE = 12.42%. The precision indicators show a reduction of approximately 67% with the use of the technique (MLP) in comparison to the statistical model (SM). In the estimates of (Kdβh) from (HgH) the best results were: MLP - RMSE = 21.69%; RBF - RMSE = 25.43%; GRNN - RMSE = 29.39%; ANFIS - RMSE = 23.08% and SM - RMSE = 35.35%. The precision indicators show a reduction of approximately 39% with the use of the technique (MLP) in comparison to the statistical model (SM). The results show that the artificial neural network MLP technique presented the best indexes in all estimates of (Ktβh) and (Kdβh) with significant reductions when compared to the results obtained with the estimates obtained with the statistical models. By the analysis of the results it is possible to observe that the use of the machine learning techniques (MLT) in the combinations of proposed variables and the data obtained from Botucatu / SP, are presented as an alternative to the statistical models (SM) to estimate the variables of (Ktβh) and (Kdβh).

O uso do recurso solar como fonte complementar em uma matriz energÃtica requer uma boa estratÃgia de previsÃo pois como a variÃncia da irradiaÃÃo solar causa uma variaÃÃo na potÃncia elÃtrica produzida, se faz necessÃrio prever resultados que possibilitem garantir decisÃes e aÃÃes estratÃgicas que mantenham o recurso solar estÃvel na malha energÃtica. Dentro desta premissa, a presente dissertaÃÃo apresenta a caracterizaÃÃo e previsÃo de sÃries de dados de irradiaÃÃo solar, registradas nos perÃodos de agosto de 2012 a julho de 2013, em ParnaÃba (PI), maio de 2012 a abril 2013, em Maracanaà (CE) e maio de 2012 a marÃo de 2013, em Petrolina (PE). Estes levantamentos constituem-se como sÃries temporais e, portanto, para suas previsÃes, necessitam de mÃtodos estatÃsticos especÃficos para o seu tratamento. Como a sazonalidade à uma caracterÃstica presente em dados de sÃries temporais de irradiaÃÃo solar, a caracterizaÃÃo e previsÃo sÃo feitas utilizando a componente de baixa sazonalidade da irradiaÃÃo solar, o Ãndice de transparÃncia atmosfÃrica, Kt. O uso desta componente justifica-se pelo fato de propiciar resultados de previsÃes mais precisos e confiÃveis, com baixa interferÃncia das componentes de tendÃncias, presentes nas sÃries de dados temporais, no processo de previsÃo. As previsÃes realizadas neste estudo utilizam o mÃtodo ARIMA, o mÃtodo de Alisamento Exponencial na modalidade Simples (AES) e o mÃtodo de MÃdias MÃveis (MA). Com adaptaÃÃo grÃfica dos dados e do mÃtodo de previsÃo entre a estaÃÃo seca e validaÃÃo do modelo (calibraÃÃo) em perÃodos de 30, 150 e 180 dias, na estaÃÃo chuvosa, obtÃm-se prognÃsticos de um perÃodo experimental de 30 dias para cada localidade. à realizada entÃo a avaliaÃÃo dos mÃtodos de previsÃo utilizados, sendo o mÃtodo ARIMA com previsÃo de 30 dias e validaÃÃo do modelo em 30 dias, o que apresenta os menores Ãndices de erro, com valores de Erro QuadrÃtico MÃdio de PrevisÃo (EQMP) de 0,008 para ParnaÃba (PI), 0,015 para Maracanaà (CE) e 0,010 para Petrolina (PE). AtravÃs das equaÃÃes de regressÃo, transformasse os valores de Kt obtidos com a previsÃo do mÃtodo ARIMA, obtÃm-se as previsÃes de 30 dias de mÃdias diÃrias de irradiaÃÃo solar de 6,4 kWh/m para ParnaÃba, 5,69 kWh/m para Maracanaà e 6,54 kWh/m para Petrolina / The use of solar resource, as a supplementary source in the countryâs energy matrix, requires a good forecast strategy that enables decision-making and strategic actions to keep the electrical potential generated in the national energy grid stable. Based on such premise, this dissertation presents the characterization and forecast of data series on solar irradiation registered at three locations in the Northeastern region of Brazil: from August 2012 to July 2013 in ParnaÃba (PI), from May 2012 to April 2013 in Maracanaà (CE), and from May 2012 to March 2013 in Petrolina (PE). Those surveys consist of time series and, therefore, they require specific statistical methods for their own treatment and forecast. As seasonality is a characteristic found in time series data of solar irradiation, the characterization and forecast are made by using the low seasonality component of solar radiation: the atmospheric transparency index, known as Kt. The use of this component is justified for providing more accurate and reliable forecast results, with low interference from trend components present in time series data within the forecast process. The forecasts made in this study have used the ARIMA method, the Simple Exponential Smoothing method (SES), and the Moving Average (MA) method. Forecasts are obtained from a 30-day trial period for each location, adapted graphically between the dry season, and validated within periods of 30, 150 and 180 days in the rainy season. Then, the evaluation of the forecast methods used is done, being the ARIMA method a 30-day forecast and in need of validation within 30 days, which shows the lowest error rates, with Root Mean Squared Error for Prediction values (RMSEP) of 0.008 for ParnaÃba (PI), 0.015 for Maracanaà (CE), and 0.010 for Petrolina (PE). Also, through the regression equations, by transforming the Kt values obtained with the ARIMA method forecast, one obtains a 30-day forecast of daily solar irradiation with averages of 6.4 kW/m for ParnaÃba, 5.69 kW/m for MaracanaÃ, and 6.54 kW/m for Petrolina

With a need for rapid growth of renewable energy sources like photovoltaics, there will also be a competition of land. Agriculture and solar energy share the same optimum conditions of land to produce. But with a combination of the two on the same surface, a concept called agrivoltaic, that issue can be solved. This projects has investigated the possibilities of implementing an agrivoltaic system in Sweden in the near future with a focus on solar irradiation, energy production and crop selection. The decrease in solar irradiation under the panels was simulated because it is an important parameter in making these kinds of systems profitable from a crop and energy perspective. The annual energy production and energy yield was also simulated for various system designs for a comparison between the two important parameters of an agrivoltaic system.  One solar fence system, a single axis tracker system and an integrated PV system was chosen for the simulations. In general, all results of agrivoltaics is location dependent due to important differences in solar irradiance and climate. The solar fence system had the best results regarding the solar irradiance, with a decrease in the range of 3-5% and 20-28 % depending on the design. Single axis trackers had a minimum 3-8 % and maximum 40-59 % and integrated PV had a minimum 42-60% and maximum 50-75 % reduction. When the annual energy was compared with a row spacing of 12 m, the solar fence has an annual energy of 1738 kWh and single axis trackers got 2812 kWh. The results indicate that depending on what is most important for the system, the recommendations are different. If energy is more important, then the single axis tracker system can be a good fit but if it is solar irradiance, the solar fence is better. Both systems should be suitable for shade tolerant crops but if experimenting with others such as field bean and barley, the solar fence is more appropriate. The results for the integrated panels designs indicates that these designs are not a good first fit for Sweden since the reduction is greater than 50 % for most designs. Since there is only one agrivoltaic system in Sweden with results on one type of crop, there is a need for more systems with different designs and crops to be able to tell the real potential of agrivoltaics is Sweden. / För att nå nationella mål om förnybara energikällor i den svenska energimixen behövs en snabbtillväxt. Regeringen har efterfrågat en strategi för att öka de förnyelsebara energikällorna framtill 2040. Det skulle innebära en ökning av solenergin och därmed också öka konkurrensen avmarkytor. Agrivoltaics är ett koncept som kombinerar solceller och jordbruk på samma yta ochdärmed är konkurrensen av markyta inte ett problem vid implementering av sådana projekt.Detta projekt har undersökt möjligheten att implementera ett agrivoltaic system i Sverigeeftersom det har blivit ett hett ämne inom solcellsindustrin. Syftet med denna studie är att tafram ett underlag för Svea Solar som kan vara till hjälp för att avgöra vilket agrivoltaic systemsom är bäst för en första implementering i Sverige beroende på solinstrålning, energiproduktionoch val av grödor. Detta inkluderade att föra en förstudie av olika befintliga agrivoltaic systemoch intervjua tidigare jordbrukskunder till Svea Solar. Den största oron bland bönderna var hurett sådant system skulle påverka skörden, energiproduktionen och därmed ekonomin. Detta varanledningen till att solinstrålning valdes som en viktig parameter att simulera. Solceller ochfotosyntesen i växter behöver solinstrålning för att producera och därför är det en viktig faktori utformningen av ett agrivoltaic system.Solinstrålningen under utvalda system och solpaneler simulerades. Energiutbytet simuleradesockså för att kunna jämföra de båda viktiga faktorerna av ett agrivoltaic system. Ett systemmed vertikala paneler (Solar fence), ett enaxlat spårsystem (Single axis tracker system) och ettintegrerat system valdes för simuleringarna. Ett integrerat system definieras genom att en delmaterial i ett system/objekt ersätts med ett annat, i detta fall solceller. Till exempel plasten somanvända i odlingstunnlar för produktion av bland annat bär.Generellt är resultaten för agrivoltaic system plastsberoende på grund av viktiga skillnader isolinstrålning och klimat. Resultaten visade hur mycket solinstrålningen och därmed också denårliga energin minskade beroende på systemdesign. De vertikala panelerna visade på bästresultat vad gäller solinstrålningen med en minsta minskning på 3-5 % och som mest 20-28 %under hela dagen beroende på design. Enaxlade spårare hade minst 3-8 % och som mest 40-59% och integrerade systemet hade minst 42-60 % och mest 50-75 % minskning avsolinstrålningen. När den årliga energiproduktionen jämfördes med ett fast radavstånd på 12 mhade de vertikala panelerna ett årligt resultat på 1738 kWh i jämförelse med det enaxladesystemet som producerade 2812 kWh.Resultaten, från simuleringen av solinstrålning, indikerar att ett vertikalt system är bäst lämpatför att experimentera med olika grödor, skuggtåliga men också mer känsliga grödor såsom kornoch åkerböna. Enaxliga spårare är ett bra alternativ med skuggtåliga grödor om elproduktionenär den viktigaste delen av systemet, då den gav goda resultat i energisimuleringen. Resultatenför de integrerade systemen indikerar att dessa konstruktioner inte passar lika bra för Sverigeeftersom minskningen av solinstrålning är markant större.

Orientador: João Francisco Escobedo / Banca: Dinival Martins / Banca: Alexandre Dal Pai / Resumo: Este trabalho objetivou apresentar a evolução anual das irradiações global ( d ) G H b , direta ( d ) B H b e difusa de referência ( d ) DR H b média mensal com medidas diárias incidentes sobre superfícies inclinadas a 12,85º L − 10º , 22,85º L e 32,85º L + 10º com a face voltada para o Norte e as estimativas das três irradiações com base em medidas da irradiação global na horizontal e da razão de insolação. O periodo de dados considerado no estudo foi de 1998 a 2007, com medidas realizadas entre 04/1998 a 08/2001 para a inclinação de 22,85º; de 09/2001 a 02/2003 para 12,85º e de 01/2004 a 12/2007 para a inclinação de 32,85º. Em todos os períodos de medidas, os valores as tres irradiações foram comparadas com medidas realizadas em superfícies horizontais. Os níveis de ( d ) H Gb nos planos inclinados foram inferiores no período de verão e superiores entre os equinócios quando comparados com as superfícies horizontais. Houve uma tendência de aumento da diferença entre ( d ) H Gb e ( d ) H GH com o aumento da intensidade de inclinação. Os picos máximos médios mensais verificados nas inclinações foram de 22,04; 22,64 e 21,82 MJ m-2 dia-1, ocorridos em setembro, abril e agosto, enquanto que os picos mínimos foram de 16,08; 17,00 e 16,39 MJ m-2 dia-1 nos meses de maio, junho e janeiro, para as inclinações de L − 10º , L e L + 10º , respectivamente. Nas superfícies horizontais nesse período de medidas foram verificados máximos e minimos de 23,64 e 12,95 MJ m-2 dia-1, em novembro e junho. As radiações diretas na horizontal foram projetadas nas inclinações e foram obtidos pelo produto entre ( d ) bH H e o fator geométrico ( ) B R . Os valores de ( ) d H Bb foram inferiores aos de ( ) d H BH no verão e superiores no inverno, com diferenças crescentes com o aumento da inclinação. Os valores máximos... (resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work planned to present the annual evolution of the diffuse reference, beam, and global irradiations of monthly medium with daily measures incidents about surfaces inclined to 12,85º L − 10º , 22,85º L e 32,85º L + 10º with facing the Nort and the estimates of the three irradiations on the basis of measures of the global irradiation in the horizontal one and of the reason of sunshine. The period of facts considered in the study was of 1998 to 2007, with measures carried out between 04/1998 to 08/2001 for the inclination of 22,85º; of 09/2001 to 02/2003 for 12,85º and of 01/2004 to 12/2007 for the inclination of 32,85º. In all of the periods of measures, the values the three irradiations were compared with measures carried out in horizontal surfaces. The levels of ( d ) H Gb in the planes tilters were lower in the period of summer and superiors between the equinoxes when compared with the horizontal surfaces. Had a tendency of increase of the difference between ( d ) H Gb and ( d ) H GH increase with of the intensity of inclination. The monthly medium maximum peaks verified in the inclinations were of 22,04; 22,64 e 21,82 MJ m-2, they occurred in september, april and august, whereas the most minimum peaks were of 16,08; 17,00 e 16,39 MJ m-2 in the months of may, june and january, for the inclinations of L-10º, L and L+10º, respectively. In the horizontal surfaces in that period of measures were verified maximum and minimum of 23,64 e 12,95 MJ m-2, in november and june. The direct radiations in the horizontal one were projected in the inclinations and were obtained by the product between ( d ) bH H and the geometrical factor ( ) B R . The values of ( ) d H Bb were lower to ( ) d H BH of the in the summer... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

The global solar irradiation (Hg) is variable major in several subject areas: Agriculture, Engineering, Climate and Renewable Energy. The total amount of incident Hg on the earth's surface can be accounted directly or indirectly. Directly is obtained from measurements made with operational instruments (pyranometers) and indirectly by estimating, by using empirical models. In this work, ten empirical models are used (nine based on air temperature and one in the sunshine duration) to estimate the global solar irradiation in eight sites from to Alagoas - Brazil, in scale hourly, daily and monthly. For models based on air temperature, two temperature regimes (air thermal amplitudes) (∆T1 and ∆T2) were evaluated to verify the influence on the models. Have been used air temperature, sunshine duration (n) and global solar irradiation (Hg) data, from September 2007 to December 2008 for fit of the models, and to validate the use data in 2009. The global solar irradiations (Hg) (MJm-2) were calculated from the integrations of the global solar irradiance (Rg) (Wm-2). In terms of global solar irradiation hourly average monthly (Hgh), the coefficients of the models shown to be dependent on the study site. The coefficients generated with daily data and monthly averages showed no difference to ΔT1 or ΔT2. For the model based on the sunshine duration (n), the adjusted coefficients are specifics to the estimated daily and monthly. In estimating hourly, the Hargreaves & Samani model (model 6) and the modified Hargreaves & Samani (models 7, 8 and 9) estimated the best monthly hourly global solar irradiation average (Hgh) in all sites analyzed. In the daily estimate, the Bristow & Campbell model (model 1) was more accurate than the model 6. However, the model 6 resulted with an average value of the population standard deviation of deviations (dpp) of 2,60, 2,79 and 2,79 MJm-2 for sites in the regions of the interior (Sertão), Hinterland (Agreste) and Coastal (Litoral) / Humid Area (Zona da Mata), respectively. Each month, the model 1 was more accurate than the model 6. The model based on the sunshine duration estimated the best daily global solar irradiation (Hgd) and monthly daily global solar irradiation average (Hgm), those based on air temperature, indicating low (dpp) and high coefficients of agreement (d). / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A irradiação solar global (Hg) é variável de grande importância em diversas áreas do conhecimento: Agricultura, Engenharia, Climatologia e Energia Renováveis. A quantidade total de Hg que incide na superfície terrestre pode ser contabilizada diretamente ou indiretamente. Diretamente é obtida a partir de medidas realizadas com instrumentos operacionais (piranômetros) e indiretamente por estimativa, em geral, utilizando-se modelos empíricos. Nesse trabalho, foram utilizados dez modelos empíricos (nove baseados na temperatura do ar e um na duração do brilho solar) para estimar a irradiação solar global em oito locais de Alagoas - Brasil, em escala horária, diária e mensal. Para os modelos baseados na temperatura do ar, dois regimes (amplitudes térmicas do ar) de temperatura (∆T1 e ∆T2) foram avaliados para verificar a influencia deles nos modelos. Foram utilizados dados de temperatura do ar, duração do brilho solar (n) e irradiação solar global (Hg), no período de setembro de 2007 a dezembro de 2008 para ajuste dos modelos, e para validação a utilização de dados de 2009. As irradiações solar global (Hg) (MJm-2) foram calculadas a partir das integrações das irradiâncias solar global (Rg) (Wm-2). Em termo da irradiação solar global média horária mensal (Hgh), os coeficientes dos modelos mostraram ser dependentes do local de estudo. Os coeficientes gerados com dados diários e médias mensais não mostraram diferença para ∆T1 ou ∆T2. Para o modelo baseado na duração do brilho solar (n), os coeficientes ajustados são específicos para a estimativa diária e mensal. Na estimativa horária, o modelo de Hargreaves & Samani (modelo 6) e os modificados de Hargreaves & Samani (modelos 7, 8 e 9) estimaram melhor a irradiação solar global média horária mensal (Hgh), em todos locais analisados. Na estimativa diária, o modelo de Bristow & Campbell (modelo 1) foi mais preciso que o modelo 6. Porém, o modelo 6 resultou com valor médio do desvio padrão da população de desvios (dpp) de 2,60, 2,79 e 2,79 MJm-2 para os locais situados no Sertão, Agreste e Litoral/Zona da Mata, respectivamente. Mensalmente, o modelo 1 foi mais preciso que o modelo 6. O modelo baseado na duração do brilho solar estimou melhor a irradiação solar global diária (Hgd) e a irradiação solar global média diária mensal (Hgm), que os baseados na temperatura do ar, indicando baixos (dpp) e elevados coeficientes de concordâncias (d).