A partir de 2014, o interesse pelas grandes centrais de geração fotovoltaica tem aumentado no Brasil. Visando elevar a produtividade dos sistemas e, com isso, alavancar a competitividade econômica, muitos dos investidores de grandes projetos estão optando pela utilização de sistemas de seguimento solar. Contudo, há pouco conhecimento sobre o real desempenho operacional de sistemas fotovoltaicos com seguimento no país. Este trabalho avalia a operação e o desempenho de sistemas fotovoltaicos com seguimento solar, com e sem concentração, através de dois estudos de caso. No primeiro, foram avaliados e comparados dois sistemas fotovoltaicos com seguimento em dois eixos, um com módulos de concentração e outro com módulos planos, ambos instalados em Ilha Solteira, São Paulo. Já no segundo, realizou-se a avaliação de um sistema fotovoltaico com seguimento de eixo horizontal instalado na Universidade de São Paulo, bem como a comparação deste sistema com um sistema fixo. Para realizar as avaliações nos estudos de caso, foram utilizadas as figuras de mérito produtividade final, YF, rendimento global, PR, e fator de capacidade, FC. No caso dos sistemas de Ilha Solteira, os resultados evidenciam não só que o sistema sem concentração teve um melhor desempenho em relação ao sistema com concentração, como também evidenciam a necessidade de atenção devido às particularidades dos sistemas fotovoltaicos com concentração no Brasil. No caso dos sistemas instalados na Universidade de São Paulo, os resultados mostram que, ao longo de seis meses de operação, o sistema fotovoltaico de eixo horizontal teve um ganho médio de produtividade final de 9% comparado com o sistema fixo. / Since 2014, interest in large-scale photovoltaic power plants has increased in Brazil. Aiming to raise system yield and thereby boost economic competitiveness, many investors are making use of solar tracking systems. However, there is little knowledge on the actual operational performance of photovoltaic systems with solar tracking in the country. This work evaluates the operation and performance of photovoltaic systems with solar tracking capabilities, with and without concentration technology, through two case studies. First, two photovoltaic systems with dual-axis solar tracking, one with concentration modules and the other with flat modules, both installed in Ilha Solteira, São Paulo, are evaluated and compared. Second, the performance of a photovoltaic system with horizontal axis solar tracking installed at the University of São Paulo, São Paulo, is evaluated, followed by a comparison with a fixed photovoltaic system. In order to carry out these assessments, the final yield, YF, the performance ratio, PR, and the capacity factor, FC, were used as figures of merit. Regarding the systems installed in Ilha Solteira, the results not only show that the non-concentrating system performed better than the concentrating system, but also evidences the necessity for attention due to the particularities of the photovoltaic systems with concentration technology in Brazil. As for the systems installed at the University of São Paulo, the results show that the photovoltaic system with horizontal-axis solar tracking had a final average yield 9% higher when compared to the fixed-tilt system.

A partir de 2014, o interesse pelas grandes centrais de geração fotovoltaica tem aumentado no Brasil. Visando elevar a produtividade dos sistemas e, com isso, alavancar a competitividade econômica, muitos dos investidores de grandes projetos estão optando pela utilização de sistemas de seguimento solar. Contudo, há pouco conhecimento sobre o real desempenho operacional de sistemas fotovoltaicos com seguimento no país. Este trabalho avalia a operação e o desempenho de sistemas fotovoltaicos com seguimento solar, com e sem concentração, através de dois estudos de caso. No primeiro, foram avaliados e comparados dois sistemas fotovoltaicos com seguimento em dois eixos, um com módulos de concentração e outro com módulos planos, ambos instalados em Ilha Solteira, São Paulo. Já no segundo, realizou-se a avaliação de um sistema fotovoltaico com seguimento de eixo horizontal instalado na Universidade de São Paulo, bem como a comparação deste sistema com um sistema fixo. Para realizar as avaliações nos estudos de caso, foram utilizadas as figuras de mérito produtividade final, YF, rendimento global, PR, e fator de capacidade, FC. No caso dos sistemas de Ilha Solteira, os resultados evidenciam não só que o sistema sem concentração teve um melhor desempenho em relação ao sistema com concentração, como também evidenciam a necessidade de atenção devido às particularidades dos sistemas fotovoltaicos com concentração no Brasil. No caso dos sistemas instalados na Universidade de São Paulo, os resultados mostram que, ao longo de seis meses de operação, o sistema fotovoltaico de eixo horizontal teve um ganho médio de produtividade final de 9% comparado com o sistema fixo. / Since 2014, interest in large-scale photovoltaic power plants has increased in Brazil. Aiming to raise system yield and thereby boost economic competitiveness, many investors are making use of solar tracking systems. However, there is little knowledge on the actual operational performance of photovoltaic systems with solar tracking in the country. This work evaluates the operation and performance of photovoltaic systems with solar tracking capabilities, with and without concentration technology, through two case studies. First, two photovoltaic systems with dual-axis solar tracking, one with concentration modules and the other with flat modules, both installed in Ilha Solteira, São Paulo, are evaluated and compared. Second, the performance of a photovoltaic system with horizontal axis solar tracking installed at the University of São Paulo, São Paulo, is evaluated, followed by a comparison with a fixed photovoltaic system. In order to carry out these assessments, the final yield, YF, the performance ratio, PR, and the capacity factor, FC, were used as figures of merit. Regarding the systems installed in Ilha Solteira, the results not only show that the non-concentrating system performed better than the concentrating system, but also evidences the necessity for attention due to the particularities of the photovoltaic systems with concentration technology in Brazil. As for the systems installed at the University of São Paulo, the results show that the photovoltaic system with horizontal-axis solar tracking had a final average yield 9% higher when compared to the fixed-tilt system.

A geração de energia solar fotovoltaica tem crescido anualmente em utilização. Com o aumento dos custos de geração de energia elétrica, fontes renováveis de energia como essa crescem em interesse, até mesmo em aplicações residenciais de microgeração. Este trabalho apresenta o projeto, construção e ensaios de um rastreador solar autônomo, com controle e aquisição de dados de sensoriamento baseado em sistemas embarcados totalmente projetados e produzidos no país, com o objetivo de se aumentar o ganho de energia elétrica gerada a partir de painéis solares de mercado. O projeto do firmware de controle e os algoritmos utilizados foram adaptados continuamente até se atingir os melhores resultados. Foi utilizado um painel solar comum de mercado para realizar os testes, e as placas de circuito impresso projetadas foram confeccionadas localmente. A tomada de dados em diferentes ensaios mostrou que o rastreamento solar de fato aumentou o ganho de energia elétrica com um painel solar comum de mercado, mesmo com alguns problemas a serem corrigidos em uma próxima pesquisa. Assim, a pesquisa realizada confirmou o ganho de energia elétrica para o painel solar escolhido. / Photovoltaic solar generators have grown annually in use. With the increase in electricity generation costs, renewable sources of energy like that grow in interest, even in residential microgeneration applications. This work presents the design, construction and testing of a standalone solar tracker, with control and acquisition of sensors data based on embedded systems totally designed and produced in the country, aiming to increase the power generated from retail solar panels. The firmware design and used algorithms have been continuously adapted to achieve the best results. It was used a standard solar panel to perform the tests, and the designed printed circuit boards were manufactured locally. The data taken in different tests showed that the solar tracking actually increased the power generated with a standard solar panel, even with some problems in the design that have to be corrected in a future implementation. So the project was validated and can be used, including microgeneration in ordinary houses.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The search for diversity of energy sources in the world is one of the challenges that are driving research to fill this demand with alternative energy sources. So we have the need to explore alternative and renewable resources that bring flexibility and sustainability in its use. Presented before the panorama, the generation of electricity with solar photovoltaic systems is a trend, and has its technology constantly advancing, presenting itself as an immediate solution to this pursuit of diversity. The energy extracted from the Sun in photovoltaic generation systems depends on the flow of energy from the solar radiation in a plane perpendicular to the rays. Therefore, the average solar energy obtained by conventional solar panels during the course of the day, is not always maximized. One reason is that the fixed panels are not at an angle of zero degree zenith in relation to the Sun position. Thus, the movement East (E) to the West (W) daily, with the Earth's seasonal, directly affects the radiation intensity received by the photovoltaic panels. In this context, solar trackers can be used as devices that improve substantially the efficiency of photovoltaic panels, by letting them always perpendicular to the incident radiation received from the sun. In this dissertation demonstrates a methodology for automated solar tracking two axes for photovoltaic panels. The qualitative and quantitative results presented here show the real gain in power generation through the development of a real-time control algorithm for solar tracking systems of two axes, with their simulations and testing a low-cost prototype, developed in laboratory Center of Excellence in Energy and Power Systems (CEESP). Moreover, the results show that this methodology adapts successfully to the different conditions of use to track the sun's position, both in the laboratory and in the field. / A busca pela diversidade da matriz energética no mundo é um dos desafios que estão impulsionando pesquisas para preencher essa demanda com fontes de energia alternativa. Assim temos à necessidade de explorar recursos alternativos e renováveis que tragam flexibilidade e sustentabilidade quanto à sua utilização. Diante do panorama apresentado, a geração de energia elétrica com sistemas fotovoltaicos solares é uma tendência, e tem sua tecnologia em constante avanço, apresentando-se como uma solução imediata para essa busca da diversidade. A energia extraída do Sol em sistemas de geração fotovoltaicos depende do fluxo energético proveniente da radiação solar num plano perpendicular aos raios. Por isto, a energia solar média obtida pelos painéis solares convencionais durante o decorrer do dia, nem sempre é maximizada. Uma das causas é que os painéis fixos não estão com um ângulo de zênite de zero grau em relação à posição do Sol. Assim sendo, o movimento Leste (L) à Oeste (O) diário, junto ao sazonal da Terra, afeta diretamente a intensidade de radiação recebida pelos painéis fotovoltaicos. Neste contexto, os rastreadores solares podem ser usados como dispositivos que melhoram substancialmente à eficiência dos painéis fotovoltaicos, por deixálos sempre numa posição perpendicular à radiação incidente recebida do Sol. Nesta dissertação demonstra-se uma metodologia para rastreamento solar automatizado de dois eixos para painéis fotovoltaicos. Os resultados qualitativos e quantitativos aqui apresentados evidenciam o real ganho na geração de energia por meio do desenvolvimento de um algoritmo de controle em tempo real para sistemas de rastreamento solar de dois eixos, com as respectivas simulações e testes num protótipo de baixo custo, desenvolvido no laboratório do Centro de Excelência em Energia e Sistemas de Potência (CEESP). Além disso, os resultados evidenciam que esta metodologia se adapta com êxito às diferentes condições de uso para rastrear posições do sol, tanto em laboratório como no campo.

A geração de energia solar fotovoltaica tem crescido anualmente em utilização. Com o aumento dos custos de geração de energia elétrica, fontes renováveis de energia como essa crescem em interesse, até mesmo em aplicações residenciais de microgeração. Este trabalho apresenta o projeto, construção e ensaios de um rastreador solar autônomo, com controle e aquisição de dados de sensoriamento baseado em sistemas embarcados totalmente projetados e produzidos no país, com o objetivo de se aumentar o ganho de energia elétrica gerada a partir de painéis solares de mercado. O projeto do firmware de controle e os algoritmos utilizados foram adaptados continuamente até se atingir os melhores resultados. Foi utilizado um painel solar comum de mercado para realizar os testes, e as placas de circuito impresso projetadas foram confeccionadas localmente. A tomada de dados em diferentes ensaios mostrou que o rastreamento solar de fato aumentou o ganho de energia elétrica com um painel solar comum de mercado, mesmo com alguns problemas a serem corrigidos em uma próxima pesquisa. Assim, a pesquisa realizada confirmou o ganho de energia elétrica para o painel solar escolhido. / Photovoltaic solar generators have grown annually in use. With the increase in electricity generation costs, renewable sources of energy like that grow in interest, even in residential microgeneration applications. This work presents the design, construction and testing of a standalone solar tracker, with control and acquisition of sensors data based on embedded systems totally designed and produced in the country, aiming to increase the power generated from retail solar panels. The firmware design and used algorithms have been continuously adapted to achieve the best results. It was used a standard solar panel to perform the tests, and the designed printed circuit boards were manufactured locally. The data taken in different tests showed that the solar tracking actually increased the power generated with a standard solar panel, even with some problems in the design that have to be corrected in a future implementation. So the project was validated and can be used, including microgeneration in ordinary houses.

This master’s thesis is focused on current possibilities of solar energy utilization – especially on concentrating solar power systems – and their optimization using solar tracking systems to maximize energy gain. The thesis also deals with solar position algorithm and offers an Arduino based automatic dual axis solar tracker design which provides various solar devices the ability to pivot using stepper motors, DC motors or servos. The motion might be driven by calculated solar position or by actual illuminance.

Orientador: Elaine Maria Cardoso / Resumo: O presente trabalho consistiu na análise teórica e experimental de um sistema híbrido PVT - fotovoltaico/térmico. Este consiste de um painel fotovoltaico (PV), com sistema de rastreamento, para aproveitar a radiação solar direta e difusa, e de um sistema d e resfriamento por convecção forçada acoplado, permitindo gerar eletricidade e calor em um único processo além de reduzir a temperatura de operação de um painel solar fotovoltaico comercial e, assim, melhorar sua eficiência energética. O módulo PV está instalado na região noroeste do estado de São Paulo. O conjunto experimental possui um sistema de rastreamento solar azimutal de eixo simples; a tensão e a corrente de saída do painel foram medidas para quantificar a potência produzida levando em consideração diferentes condições de operação. Todos os testes foram realizados in loco usando um painel fotovoltaico comercial, sempre levando em consideração as condições meteorológicas do dia. O rastreamento solar aumenta em 45,5% a energia gerada para um dia do mês de junho em relação a um sistema fixo. O painel fotovoltaico com a parte posterior isolada termicamente opera em condições 15 °C a 20 °C mais quente que um painel não isolado, o que implica em perdas energéticas da ordem de 7,6%. O trocador de calor tipo serpentina, com uso de água deionizada, não mostrou desempenho satisfatório ao resfriar o módulo fotovoltaico devido à significativa resistência térmica de contato com a face posterior do módulo. A análise teórica apre... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The present work consisted of a theoretical and experimental analysis of a hybrid PVT – photovoltaic/thermal system. This system consisted of a photovoltaic (PV) panel with a solar tracking system to take advantage of direct and diffuse solar radiation and a forced convection cooling system. This allows the generation of electricity and useful heat in a single process in addition to reducing the operating temperature of a commercial photovoltaic solar panel and thus improves its energy efficiency. The PV module is installed in the northwest region of the state of São Paulo. The experimental apparatus had a single axis, azimuth solar tracking system; the output voltage and current of the panel were measured to quantify the power produced taking into account different operating conditions. All tests were carried out in loco using a commercial photovoltaic panel, always taking into account the weather conditions of the day. Solar tracking increases the energy generated by one day of the month by 45.5% compared to a fixed system. The temperature of the module with a thermally insulated back sheet was 15° C to 20° C hotter than a non-insulated panel, which implies energy losses of the order of 7.6%. The serpentine type heat exchanger, using deionized water, did not show satisfactory performance when cooling the photovoltaic module due to the significant thermal resistance of contact with the rear face of the module. Theoretical analysis showed errors of less than 10% compared to t... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre