Este trabalho propõe caracterizar a complementaridade espacial-temporal entre energia eólica e solar fotovoltaica entre regiões do Brasil e estudar, no âmbito da comercialização de energia elétrica no Setor Elétrico Brasileiro - SEB, se um portfólio formado por estas fontes trazem vantagens econômicas relevantes para o investidor. Para atender a estes objetivos, foram estudados métodos para tratamento dos dados como a correção da irradiância solar, cálculo da energia gerada pelas fontes estudadas, o ambiente de contratação de energia elétrica no Brasil, métodos de otimização e modelos de análise de risco para contratação de energia no mercado livre de energia. A metodologia proposta para responder as questões colocadas foi aplicada em um estudo de caso envolvendo três regiões brasileiras em um horizonte de dez anos. Concluiu-se que existe a complementaridade energética entre as fontes nas diferentes regiões estudadas e em diferentes períodos de tempo. Confirmou-se que tecnicamente pode-se reduzir a oscilação na geração de energia analisando as fontes de forma complementar, porém, o custo de instalação da fonte fotovoltaica ainda é muito alto, inviabilizando até o momento investimentos em larga escala e de forma complementar a fonte eólica. Também verificou-se, dentro dos locais avaliados, que somente um dos três locais apresentou benefício econômico-financeiro com a formação de portfólio das fontes eólica e solar atuando no mercado de venda de energia e atendendo os critérios de risco limite estabelecidos quando avaliadas segundo a ótica da maximização da receita no mercado livre. / This thesis proposes to characterize the spatial-temporal complementarity between wind and solar photovoltaic energy between regions of Brazil and study, in the marketing of electricity in the Brazilian Electrical Sector - SEB, a portfolio formed by these sources bring significant economic benefits to the investor. To meet these goals, methods for data processing were studied as correction of solar irradiance calculation of the energy generated by the sources studied, the environment of contracting electricity in Brazil, optimization methods and models for risk analysis for contracting energy in the free energy market. The proposed methodology to answer the questions was applied in a case study involving three Brazilian regions with a horizon of ten years time series. It was concluded that there is complementarity between energy sources in the different regions studied and in different time periods. It was confirmed that technically can reduce the fluctuation in power generation by analyzing the complement of sources, however, the installation cost of photovoltaic power is still too high, preventing yet large-scale investments and complementary way the source wind. Also it was found within the sites evaluated, only one of the three sites presented economic and financial benefit by the portfolio of wind and solar sources acting in the sale of energy market and considering the risk criteria limit established when evaluated according to perspective of maximizing revenue in the free energy market.

Este trabalho propõe caracterizar a complementaridade espacial-temporal entre energia eólica e solar fotovoltaica entre regiões do Brasil e estudar, no âmbito da comercialização de energia elétrica no Setor Elétrico Brasileiro - SEB, se um portfólio formado por estas fontes trazem vantagens econômicas relevantes para o investidor. Para atender a estes objetivos, foram estudados métodos para tratamento dos dados como a correção da irradiância solar, cálculo da energia gerada pelas fontes estudadas, o ambiente de contratação de energia elétrica no Brasil, métodos de otimização e modelos de análise de risco para contratação de energia no mercado livre de energia. A metodologia proposta para responder as questões colocadas foi aplicada em um estudo de caso envolvendo três regiões brasileiras em um horizonte de dez anos. Concluiu-se que existe a complementaridade energética entre as fontes nas diferentes regiões estudadas e em diferentes períodos de tempo. Confirmou-se que tecnicamente pode-se reduzir a oscilação na geração de energia analisando as fontes de forma complementar, porém, o custo de instalação da fonte fotovoltaica ainda é muito alto, inviabilizando até o momento investimentos em larga escala e de forma complementar a fonte eólica. Também verificou-se, dentro dos locais avaliados, que somente um dos três locais apresentou benefício econômico-financeiro com a formação de portfólio das fontes eólica e solar atuando no mercado de venda de energia e atendendo os critérios de risco limite estabelecidos quando avaliadas segundo a ótica da maximização da receita no mercado livre. / This thesis proposes to characterize the spatial-temporal complementarity between wind and solar photovoltaic energy between regions of Brazil and study, in the marketing of electricity in the Brazilian Electrical Sector - SEB, a portfolio formed by these sources bring significant economic benefits to the investor. To meet these goals, methods for data processing were studied as correction of solar irradiance calculation of the energy generated by the sources studied, the environment of contracting electricity in Brazil, optimization methods and models for risk analysis for contracting energy in the free energy market. The proposed methodology to answer the questions was applied in a case study involving three Brazilian regions with a horizon of ten years time series. It was concluded that there is complementarity between energy sources in the different regions studied and in different time periods. It was confirmed that technically can reduce the fluctuation in power generation by analyzing the complement of sources, however, the installation cost of photovoltaic power is still too high, preventing yet large-scale investments and complementary way the source wind. Also it was found within the sites evaluated, only one of the three sites presented economic and financial benefit by the portfolio of wind and solar sources acting in the sale of energy market and considering the risk criteria limit established when evaluated according to perspective of maximizing revenue in the free energy market.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nowadays, the distribution networks of electricity are the segment of the electrical power systems that has experienced more changes, due in particular to the presence of distributed generation and the technological advances in the areas of instrumentation, automation, measurement, information technology and comunication. This work aims to present the modelling, the control and the operation management of a group of small-scale energy resources connected to the low voltage, which coordinated form a microgrid. The microgrid energy resources are solar photovoltaic sources, wind energy based on double fed induction generator and hydrogen fuel cell, and a storage system with batteries. Two conceptions are developed: a single-phase microgrid and a three-phase microgrid, both operating in connected mode and isolated from the utility. Each energy resource is connected to a point of common coupling through power converters. For each converter was designed a set of control loops. The master-slave strategy was used to control the converters and to microgrid management. In master-slave configuration only the master converter is designed to be the voltage reference and others operate as a current source. For managing the steady state operation of microgrids different operating scenarios were considered, with variation of load and generation levels, as well as changes in tariff flags, for load supply with economy and sources operating at maximum efficiency. The proposed systems operate satisfactorily fulfill the requirements of utility for synchronization and disconnection. The injected currents are below the allowed distortion level. In stand-alone mode, the system voltage remains within the appropriate level of amplitude and frequency. / Atualmente, as redes de distribuiÃÃo de energia elÃtrica sÃo o segmento dos siste-mas elÃtricos de potÃncia que mais tem experimentado mudanÃas, devido, em es-pecial, à presenÃa da geraÃÃo distribuÃda e aos avanÃos tecnolÃgicos nas Ãreas de instrumentaÃÃo, automaÃÃo, mediÃÃo, tecnologia da informaÃÃo e comunicaÃÃo. Este trabalho tem por objetivo apresentar a modelagem, o controle e o gerenciamento da operaÃÃo de um conjunto de recursos energÃticos de pequeno porte, conectados à baixa tensÃo, que coordenados formam uma microrrede. Os recursos energÃticos da microrrede sÃo fontes solar fotovoltaica, eolielÃtrica com gerador de induÃÃo de dupla alimentaÃÃo e cÃlula combustÃvel a hidrogÃnio, e um sistema de armazenamento de energia a baterias. Duas concepÃÃes de microrredes sÃo desenvolvidas: microrrede monofÃsica e microrrede trifÃsica, ambas operando em modo conectado e isolado da rede elÃtrica principal. Cada recurso energÃtico à conectado a um ponto comum de conexÃo atravÃs de conversores de potÃncia. Para cada conversor foi projetado um conjunto de malhas de controle. A estratÃgia mestre-escravo foi usada para o controle dos conversores e gerenciamento da microrrede. Na configuraÃÃo mestre-escravo apenas o conversor mestre à designado para ser a referÃncia de tensÃo que os outros conversores necessitam para operarem como fonte de corrente. Para o gerenciamento da operaÃÃo das microrredes em regime permanente, foram considerados diferentes cenÃrios de operaÃÃo, com variaÃÃo de nÃveis de carga e de geraÃÃo, bem como variaÃÃo de bandeiras e postos tarifÃrios, visando atender a carga com economicidade e fontes operando em mÃxima eficiÃncia. Os sistemas propostos operam de forma satisfatÃria obedecendo aos requisitos da concessionÃria para a sincronizaÃÃo e desconexÃo. As harmÃnicas de corrente injetada estÃo abaixo do nÃvel de distorÃÃo permitido. No modo isolado, a tensÃo dos sistemas permanece dentro do nÃvel adequado de amplitude e frequÃncia.

A preocupação energética tem impulsionado a humanidade a buscar alternativas sustentáveis de energia. Neste contexto, os edifícios de escritórios têm um papel importante, em especial, devido ao elevado consumo de energia dos sistemas de condicionamento de ar. Para esses sistemas, a possibilidade de utilização de energia solar é uma alternativa tecnicamente possível e interessante de ser considerada, principalmente porque, quando a carga térmica do edifício é mais elevada, a radiação solar também é mais elevada. Dentre os sistemas de condicionamento de ar solar, o sistema térmico - que associa coletores solares térmicos com chiller de absorção - é o mais disseminado, na atualidade. Entretanto, dependendo do caso, outras tecnologias podem ser vantajosas. Uma opção, por exemplo, no caso de edifícios de escritórios, é o sistema elétrico - que associa painéis fotovoltaicos ao chiller convencional de compressão de vapor. Neste trabalho, para um edifício de escritórios de 20 pavimentos e 1000 m2 por pavimento, na cidade de São Paulo, no Brasil, duas alternativas de ar condicionado solar tiveram seus desempenhos energéticos analisados: o sistema térmico - com coletores solares térmicos somente na cobertura e o sistema elétrico - com painéis FV somente nas superfícies opacas das fachadas. Para isso, com o software EnergyPlus do Departamento de Energia dos Estados Unidos obteve-se as carga térmica atuantes no edifício e com a aplicação do método de cálculo de consumo de energia dos sistemas de ar condicionado solar, proposto pelo Projeto SOLAIR da União Européia, adaptado para a realidade da pesquisa, obteve-se o desempenho energético dos sistemas. Os resultados mostraram que, para o edifício de 20 pavimentos, o sistema elétrico tem o melhor desempenho energético, economizando 28% e 71% da energia elétrica que consumiria um sistema de ar condicionado convencional, em um dia de verão e de inverno, respectivamente. O sistema térmico, ao contrário, apresentou um desempenho energético ruim para o edifício estudado, consumindo, por exemplo, em um dia de verão, cerca de 4 vezes mais energia elétrica do que um sistema de ar condicionado convencional. Constatouse que isso ocorreu, pois a área coletora limitada à cobertura foi insuficiente para atender a demanda do chiller de absorção, que passou a operar com frações solares baixas, da ordem de 50% e 20%, de pico, no dia de inverno e de verão, respectivamente. Assim, constatou-se que para que o sistema térmico apresente um desempenho energético satisfatório é preciso que o edifício não seja tão alto. De fato, os resultados mostraram que somente se o edifício tivesse no máximo 2 pavimentos, o sistema térmico teria um desempenho energético melhor do que um sistema convencional. No caso de ser aplicado ao edifício térreo de 1000m2 de área, por exemplo, esse sistema economizaria aproximadamente 65% da energia elétrica do sistema convencional. Por fim, constatou-se também que o desempenho energético do sistema térmico seria elevado com a otimização da área e da tecnologia de coletores solares, com o aprimoramento do sistema de aquecimento auxiliar e com a redução da carga térmica do edifício por meio de técnicas passivas de climatização. / Energy concern has driven human kind to seek sustainable energy alternatives. In this context, office buildings have an important role, especially due to the high energy consumption of air conditioning systems. For these systems, the possibility of using solar energy is technically feasible and interesting to be considered, mainly because generally when the building thermal load is higher, the solar radiation is also higher. Among solar airconditioning systems, the thermal system - which combines solar collectors with absorption chiller - is the most widespread, nowadays. However, depending on the case, other technologies may take advantage. One option, for example, in the case of office buildings, is the electrical system - which combines photovoltaic panels with conventional vapor compression chiller. In this work, an office building of 20 floors with 1,000 m2 floor area, in Sao Paulo, Brazil, two technologies of solar air conditioning had their performance analyzed: the thermal system - presenting solar thermal collectors only on the roof and the electrical system with PV panels only on the opaque surfaces of the facades. For this, the software EnergyPlus of the United States Department of Energy obtained the building thermal load and the with the solar air conditioning energy consumption calculating method proposed by SOLAIR project of the European Union and adapted to this work, energy performance of systems was obtained. The results showed that for this building, the electrical system had the best energy performance, saving 28% and 71% of electricity that would consume a conventional air conditioning system in a summer day and a winter day, respectively. The thermal system, in contrast, showed a poor energy performance, consuming, for example, on a summer day, about four times more electricity than a conventional air conditioning system. It was found that this occurred because the collectors area limited to the roof of the building was insufficient to meet the absorption chiller demand, causing low solar fractions in the operation, of around 50% and 20% peak, in a winter day and in a summer day, respectively. Thus, in order of provide a satisfactory energy performance, the thermal system requires that the building not to be so tall. In fact, the results showed that only if the building had up to two floors, the system would perform better than a conventional system. In case of be installed in a building with the ground floor only, and floor area of 1000m2, for example, this system would save about 65% of the electricity comparing to a conventional system. Finally, it was found that this energy performance would be elevated as well with the optimization of solar collectors area and technology, with auxiliary heating system improvement and with the reduction of thermal load of the building by means of passive air conditioning techniques.

A preocupação energética tem impulsionado a humanidade a buscar alternativas sustentáveis de energia. Neste contexto, os edifícios de escritórios têm um papel importante, em especial, devido ao elevado consumo de energia dos sistemas de condicionamento de ar. Para esses sistemas, a possibilidade de utilização de energia solar é uma alternativa tecnicamente possível e interessante de ser considerada, principalmente porque, quando a carga térmica do edifício é mais elevada, a radiação solar também é mais elevada. Dentre os sistemas de condicionamento de ar solar, o sistema térmico - que associa coletores solares térmicos com chiller de absorção - é o mais disseminado, na atualidade. Entretanto, dependendo do caso, outras tecnologias podem ser vantajosas. Uma opção, por exemplo, no caso de edifícios de escritórios, é o sistema elétrico - que associa painéis fotovoltaicos ao chiller convencional de compressão de vapor. Neste trabalho, para um edifício de escritórios de 20 pavimentos e 1000 m2 por pavimento, na cidade de São Paulo, no Brasil, duas alternativas de ar condicionado solar tiveram seus desempenhos energéticos analisados: o sistema térmico - com coletores solares térmicos somente na cobertura e o sistema elétrico - com painéis FV somente nas superfícies opacas das fachadas. Para isso, com o software EnergyPlus do Departamento de Energia dos Estados Unidos obteve-se as carga térmica atuantes no edifício e com a aplicação do método de cálculo de consumo de energia dos sistemas de ar condicionado solar, proposto pelo Projeto SOLAIR da União Européia, adaptado para a realidade da pesquisa, obteve-se o desempenho energético dos sistemas. Os resultados mostraram que, para o edifício de 20 pavimentos, o sistema elétrico tem o melhor desempenho energético, economizando 28% e 71% da energia elétrica que consumiria um sistema de ar condicionado convencional, em um dia de verão e de inverno, respectivamente. O sistema térmico, ao contrário, apresentou um desempenho energético ruim para o edifício estudado, consumindo, por exemplo, em um dia de verão, cerca de 4 vezes mais energia elétrica do que um sistema de ar condicionado convencional. Constatouse que isso ocorreu, pois a área coletora limitada à cobertura foi insuficiente para atender a demanda do chiller de absorção, que passou a operar com frações solares baixas, da ordem de 50% e 20%, de pico, no dia de inverno e de verão, respectivamente. Assim, constatou-se que para que o sistema térmico apresente um desempenho energético satisfatório é preciso que o edifício não seja tão alto. De fato, os resultados mostraram que somente se o edifício tivesse no máximo 2 pavimentos, o sistema térmico teria um desempenho energético melhor do que um sistema convencional. No caso de ser aplicado ao edifício térreo de 1000m2 de área, por exemplo, esse sistema economizaria aproximadamente 65% da energia elétrica do sistema convencional. Por fim, constatou-se também que o desempenho energético do sistema térmico seria elevado com a otimização da área e da tecnologia de coletores solares, com o aprimoramento do sistema de aquecimento auxiliar e com a redução da carga térmica do edifício por meio de técnicas passivas de climatização. / Energy concern has driven human kind to seek sustainable energy alternatives. In this context, office buildings have an important role, especially due to the high energy consumption of air conditioning systems. For these systems, the possibility of using solar energy is technically feasible and interesting to be considered, mainly because generally when the building thermal load is higher, the solar radiation is also higher. Among solar airconditioning systems, the thermal system - which combines solar collectors with absorption chiller - is the most widespread, nowadays. However, depending on the case, other technologies may take advantage. One option, for example, in the case of office buildings, is the electrical system - which combines photovoltaic panels with conventional vapor compression chiller. In this work, an office building of 20 floors with 1,000 m2 floor area, in Sao Paulo, Brazil, two technologies of solar air conditioning had their performance analyzed: the thermal system - presenting solar thermal collectors only on the roof and the electrical system with PV panels only on the opaque surfaces of the facades. For this, the software EnergyPlus of the United States Department of Energy obtained the building thermal load and the with the solar air conditioning energy consumption calculating method proposed by SOLAIR project of the European Union and adapted to this work, energy performance of systems was obtained. The results showed that for this building, the electrical system had the best energy performance, saving 28% and 71% of electricity that would consume a conventional air conditioning system in a summer day and a winter day, respectively. The thermal system, in contrast, showed a poor energy performance, consuming, for example, on a summer day, about four times more electricity than a conventional air conditioning system. It was found that this occurred because the collectors area limited to the roof of the building was insufficient to meet the absorption chiller demand, causing low solar fractions in the operation, of around 50% and 20% peak, in a winter day and in a summer day, respectively. Thus, in order of provide a satisfactory energy performance, the thermal system requires that the building not to be so tall. In fact, the results showed that only if the building had up to two floors, the system would perform better than a conventional system. In case of be installed in a building with the ground floor only, and floor area of 1000m2, for example, this system would save about 65% of the electricity comparing to a conventional system. Finally, it was found that this energy performance would be elevated as well with the optimization of solar collectors area and technology, with auxiliary heating system improvement and with the reduction of thermal load of the building by means of passive air conditioning techniques.

The theme of this master's thesis is the elaborating of an energy audit according to the valid legislation in the Czech Republic a five-storey apartment building. The master's thesis consists of three main parts. Theoretical, Computional and Energy Audit. The theoretical part focuses on the theme of solar thermal collectors. In the calculation part, the energy consumption of the assessed object is analyzed in both the initial and the new state. The energy audit is drawn up in accordance the Decree number 480/2012 Sb. in the current version.

Energy from solar photovoltaic (PV) are generated as direct current (DC) and almost all of today’s electrical loads in residential buildings, household appliances and HVAC system (Heating Ventilation and Air-conditioning) are operated on DC. For a conventional alternating current (AC) distribution system this requires the need for multiple conversion steps before the final user-stage. By switching the distribution system to DC, conversion steps between AC to DC can be avoided and, in that way, losses are reduced. Including a battery storage–the system’s losses can be reduced further and the generated PV energy is even better utilised. This thesis investigates and quantifies the energy savings when using a direct current distribution topology in a residential building together with distributed energy generation from solar photovoltaic and a battery storage. Measured load and PV generation data for a single-family house situated in Borås, Sweden is used as a case study for the analysis. Detailed and dynamic models–based on laboratory measurements of the power electronic converters and the battery–are also used to more accurately reflect the system’s dynamic performance. In this study a dynamic representation of the battery’s losses is presented which is based on laboratory measurements of the resistance and current dependency for a single lithium-ion cell based on Lithium iron phosphate (LFP). A comparative study is made with two others, commonly used, loss representations and evaluated with regards to the complete system’s performance, using the PV and load data from the single-family house. Results show that a detailed battery representation is important for a correct loss prediction when modelling the interaction between loads, PV and the battery. Four DC system topologies are also modelled and compared to an equivalent AC topology using the experimental findings from the power electronic converters and the battery measurements. Results from the quasi-dynamic modelling show that the annual energy savings potential from the suggested DC topologies ranges between 1.9–5.6%. The DC topologies also increase the PV utilisation by up to 10 percentage points, by reducing the associated losses from the inverter and the battery conversion. Results also show that the grid-tied converter is the main loss contributor and when a constant grid-tied efficiency is used, the energy savings are overestimated.