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.

abstract: The availability of data for monitoring and controlling the electrical grid has increased exponentially over the years in both resolution and quantity leaving a large data footprint. This dissertation is motivated by the need for equivalent representations of grid data in lower-dimensional feature spaces so that machine learning algorithms can be employed for a variety of purposes. To achieve that, without sacrificing the interpretation of the results, the dissertation leverages the physics behind power systems, well-known laws that underlie this man-made infrastructure, and the nature of the underlying stochastic phenomena that define the system operating conditions as the backbone for modeling data from the grid. The first part of the dissertation introduces a new framework of graph signal processing (GSP) for the power grid, Grid-GSP, and applies it to voltage phasor measurements that characterize the overall system state of the power grid. Concepts from GSP are used in conjunction with known power system models in order to highlight the low-dimensional structure in data and present generative models for voltage phasors measurements. Applications such as identification of graphical communities, network inference, interpolation of missing data, detection of false data injection attacks and data compression are explored wherein Grid-GSP based generative models are used. The second part of the dissertation develops a model for a joint statistical description of solar photo-voltaic (PV) power and the outdoor temperature which can lead to better management of power generation resources so that electricity demand such as air conditioning and supply from solar power are always matched in the face of stochasticity. The low-rank structure inherent in solar PV power data is used for forecasting and to detect partial-shading type of faults in solar panels. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2020

Este trabalho apresenta um estudo de medições e simulações de fluxo harmônico na Usina Solar Fotovoltaica do Estádio Mineirão em Belo Horizonte/MG. O objetivo foi verificar o comportamento dos inversores solares fotovoltaicos na geração de harmônicos e a atenuação ocorrida pela agregação de múltiplos inversores. Para isso, foram realizadas medições em seis pontos estratégicos da usina investigada, por meio de analisadores de qualidade de energia, o que possibilitou a verificação do comportamento da usina em horários distintos e condições climáticas diversas. Foi avaliada a injeção de harmônicos no sistema elétrico pelos inversores e comparados os valores com os limites previstos em normas, procedimentos e recomendações vigentes. Além disso, o modelo completo da usina foi desenvolvido e simulado utilizando os softwares OpenDSS, ANAH e PowerFactory para análise harmônica e sua validação com os dados de medição. Os resultados obtidos indicam boa conformidade das medições e adequações dos modelos desenvolvidos. / This work presents a study of harmonic measurements and flow simulations in Photovoltaic Solar Plant of the Mineirao Stadium in Belo Horizonte/MG. The objective was to verify the behavior of photovoltaic solar inverters in the generation of harmonics and the attenuation occurred by the aggregation of multiple inverters. For this, measurements were performed on six strategic points of the investigated plant through power quality analyzers, allowing the verification of the plant's behavior at different times and different climates. It was evaluated the injection of harmonics in the electrical system for inverters and compared the values with the limits laid down in standards, procedures and current recommendations. In addition, the complete model of the plant was developed and simulated using the OpenDSS, ANAH and PowerFactory softwares to harmonic analysis and its validation with the data measurement data. The results indicate good agreement between measurement and developed models.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2017-12-18T16:25:14Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ciliana Karine Dias Lima - 2017.pdf: 23149224 bytes, checksum: c070892c298f576da2daf6724723a45b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-19T12:03:47Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ciliana Karine Dias Lima - 2017.pdf: 23149224 bytes, checksum: c070892c298f576da2daf6724723a45b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-19T12:03:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ciliana Karine Dias Lima - 2017.pdf: 23149224 bytes, checksum: c070892c298f576da2daf6724723a45b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-12-11 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Sustainable development is a present issue in world society and it is also a strategic challenge for Cape Verde’s energy policy in coming years because the large fragilities in the electrical system in Cape Verde such as, dependence on imports of fuels, geographical dispersion, the high costs associated with managing energy systems and the great energy waste. The bet on photovoltaic systems may be one of the alternatives to reducing these fragilities. In this context, the present work highlights the great existent potential for use of renewable energy focused on solar energy. The text describes incentives for the production of electric energy based on renewable sources and presents analyses on the implementation of two grid-connected photovoltaic systems in the island of São Vicente. One of the systems is a photovoltaic rooftop 19.8 kWp plant installed in a public secondary school building and the other system is 3 MWp photovoltaic power plant connected to electrical utility grid in São Vicente Island. The study included design, operation simulation of São Vicente Island distribution network in the presence and absence of photovoltaic systems and financial analyses in order to determine payback time, actual present value, intern return rate of investment and financial sensibility analyses to assess the influence of Wp cost and interest rate on the financial figures. The results show that the implementation of photovoltaic systems is attractive in financial and technical terms, the microgeneration system causes a large reduction in energy acquired by the network, and the large power plant has not worsened the appropriate operating voltage levels and decreased the system's active losses. / O desenvolvimento sustentável é uma questão presente na sociedade mundial e é também um desafio para a política energética de Cabo Verde nos próximos anos, devido às grandes fragilidades do sistema elétrico do arquipélago, tais como a forte dependência da importação dos combustíveis fosseis, a dispersão geográfica, os elevados custos associados à gestão dos sistemas energéticos e o grande desperdício energético. A aposta em sistemas fotovoltaicos é uma das alternativas para a redução dessas fragilidades. Neste contexto, o presente trabalho destaca o grande potencial existente em Cabo Verde para utilização de energia renovável com o foco na fonte solar. O trabalho descreve os incentivos legais locais para a produção de energia elétrica com base em fontes de origem renovável e apresenta a análise da implantação de dois sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica na ilha de São Vicente. Um deles é um sistema de microgeração fotovoltaica de 19,8 kWp instalado em um edifício público de ensino e o outro é uma usina fotovoltaica de grande porte de 3 MWp, ligada à rede elétrica e também localizada na ilha de São Vicente. O estudo inclui o dimensionamento, a simulação de operação da rede de distribuição da ilha de São Vicente na ausência e na presença de sistemas fotovoltaicos. São feitas análises financeiras a fim de determinar o tempo de retorno dos investimentos, o valor atual líquido e a taxa interna de retorno dos investimentos. Também é feito uma análise de sensibilidade financeira para avaliar a influência do custo do Wp instalado e da taxa de juros do financiamento sobre os parâmetros financeiros. Os resultados mostram que a implementação dos sistemas fotovoltaicos é atrativa em termos financeiros e técnicos. A instalação do sistema de microgeração provoca uma grande redução da energia adquirida junto à rede pela unidade consumidora. É mostrado também que a usina de grande porte notadamente não alterou os níveis de tensão de funcionamento da rede e proporcionou uma diminuição das perdas ativas do sistema.

This diploma thesis deals with photovoltaic rechargable regulators used in isolated, or off-grid photovoltaic systems. First, basic types of off-grid installations, including their functions and applications in practice are described. Then, possibilities of electric energy accumulation in photovoltaic systems are mentioned, considering actual, accesible technologies. Matters of electric energy accumulation in leaden accumulators are examined in detail. Main part of the diploma thesis is about electronic designs of photovoltaic, also called solar, rechargable regulators. These are the main connecting part between photovoltaic panels, accumulator, but also often connected charge, which is appliance. Individual electronic regulators concepts are described narrowly, then compared and evaluated in thesis´ conclusion.