Esta tese apresenta a análise de resultados teóricos, correspondentes a simulações numéricas para várias localidades brasileiras, e experimentais, relativos ao sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica (SFCR), de 11,07 kWp, instalado na fachada do prédio da administração do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo (IEE/USP), enfatizando-se a influência da capacidade relativa entre o inversor e o gerador fotovoltaico, também conhecido como Fator de Dimensionamento do Inversor (FDI). Apesar das diferentes localidades estudadas e dos diferentes tamanhos dos geradores fotovoltaicos, constatou-se que, para uma determinada faixa de FDI, as produtividades anuais obtidas em kWh/kWp não diferem significativamente, indicando que o cuidado com a escolha de bons equipamentos torna-se mais relevante em termos energéticos do que a própria relação FDI. / This thesis presents the analysis of theoretical results, corresponding to numeric simulations for several locations in Brazil, and experimental results, relative to the grid-connected photovoltaic system (GCPVS) of 11.07 kWp, installed in the facade of the administration building of the Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo (IEE/USP), emphasizing the influence of the relative size between the inverter and the photovoltaic generator, also known as Sizing Factor of the Inverter (SFI). In spite of the different location studied and of the different sizes of the photovoltaic generators, it was verified that for a SFI\'s certain range, the annual yields obtained in kWh/kWp do not differ significantly, indicating that the care with the choice of good equipament, becomes more important in terms of energey production than the relation SFI itself.

Esta tese apresenta a análise de resultados teóricos, correspondentes a simulações numéricas para várias localidades brasileiras, e experimentais, relativos ao sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica (SFCR), de 11,07 kWp, instalado na fachada do prédio da administração do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo (IEE/USP), enfatizando-se a influência da capacidade relativa entre o inversor e o gerador fotovoltaico, também conhecido como Fator de Dimensionamento do Inversor (FDI). Apesar das diferentes localidades estudadas e dos diferentes tamanhos dos geradores fotovoltaicos, constatou-se que, para uma determinada faixa de FDI, as produtividades anuais obtidas em kWh/kWp não diferem significativamente, indicando que o cuidado com a escolha de bons equipamentos torna-se mais relevante em termos energéticos do que a própria relação FDI. / This thesis presents the analysis of theoretical results, corresponding to numeric simulations for several locations in Brazil, and experimental results, relative to the grid-connected photovoltaic system (GCPVS) of 11.07 kWp, installed in the facade of the administration building of the Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo (IEE/USP), emphasizing the influence of the relative size between the inverter and the photovoltaic generator, also known as Sizing Factor of the Inverter (SFI). In spite of the different location studied and of the different sizes of the photovoltaic generators, it was verified that for a SFI\'s certain range, the annual yields obtained in kWh/kWp do not differ significantly, indicating that the care with the choice of good equipament, becomes more important in terms of energey production than the relation SFI itself.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2015-10-26T16:05:56Z No. of bitstreams: 1 Gabriela Schenkel_.pdf: 3048283 bytes, checksum: cd479115e88afd207554abd627ee1c17 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-26T16:05:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gabriela Schenkel_.pdf: 3048283 bytes, checksum: cd479115e88afd207554abd627ee1c17 (MD5) Previous issue date: 2015-02 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede tem como finalidade a conversão da energia solar em energia elétrica. No Brasil, recentemente foi dado o primeiro passo efetivo com a publicação pela ANEEL da Resolução Normativa n° 482. Esta resolução, publicada em 17 de abril de 2012, possibilita à um consumidor doméstico e comercial possuir um sistema de microgeração de energia (hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada) conectado à rede elétrica e fazer compensação de energia. Neste trabalho foi instalado em caráter experimental, no Laboratório de Energias Renováveis da Unisinos, um sistema fotovoltaico conectado à rede com uso de um modelo de microinversor, e buscou-se por meio desta instalação e do monitoramento, analisar o comportamento elétrico e energético do sistema. O sistema é composto por um módulo monocristalino LG255S1C de 255 Wp conectado a um microinversor ENPHASE M215 de 215 W. O período de monitoramento foi de 1° de agosto até 20 de dezembro de 2014. Uma central de aquisição de dados Agilent HP 34970A foi empregada para coletar dados de irradiância no plano do gerador fotovoltaico, corrente e tensão na entrada e saída do microinversor, temperatura de uma célula FV no centro do módulo fotovoltaico e temperatura no dissipador do microinversor. Também foi utilizado como medidor o analisador de energia Fluke 43B, que coleta os dados de potência ativa, potência reativa e potência aparente injetada na rede elétrica pelo sistema. Índices de qualidade de energia como a distorção harmônica total de corrente e fator de deslocamento também foram medidos. A eficiência média diária máxima, considerando a incerteza, medida no microinversor empregado foi de 95,18 % e é semelhante aos valores de eficiência média diária dos microinversores de primeira e segunda geração. O sistema fotovoltaico monitorado com o uso do microinversor atingiu o valor máximo de desempenho global de 0,93. A produção de energia máxima diária em corrente alternada foi de 1,49 kWh. Estima-se, levando em consideração este valor, que a produção mensal pode ser de até 44,7 kWh. Isto significa uma redução de 58 % no consumo de energia em uma residência, levando em consideração o custo de disponibilidade e o sistema instalado em uma residência com consumo médio mensal da região nordeste que é de 120 kWh. / Photovoltaic grid-connected systems aims the conversion of solar energy into electrical energy. In Brazil, was recently given the first effective step with the publication by ANEEL Normative Resolution No. 482. This resolution published on 17 th April, 2012, enables domestic and commercial consumers have an energy microgeneration system (hydro, solar, wind, biomass or qualified cogeneration) connected to mains power and make compensation. In this work was mounted on an experimental character, in the Renewable Energy Laboratory of Unisinos, a photovoltaic grid-connected system that uses a microinverter model, and through this installation and monitoring, analyse the electrical and energetical behavior of the system. The system consists of a 255 Wp LG255S1C monocrystalline module, connected to a 215 W ENPHASE M215 microinverter. The monitoring period was 1 st August to 20 th December, 2014. A central acquisition of Agilent HP 34970A data was used to collect data irradiance in the plane of the PV array, current and voltage at the input and output of microinverter, temperature of a PV cell in the center of the PV module and the microinverter sink. It was also used as a measuring the energy analyzer Fluke 43B, which collects the data of active power, reactive power and apparent power injected into the grid by the system. Power quality indices as the total harmonic current distortion and displacement factor were also measured. The maximum daily average efficiency, considering the uncertainty, measured on the employed microinverter was 95.18 % and is similar than the daily average efficiency values of microinverters of first and second generation. The photovoltaic system monitored using the microinverter peaked overall performance of 0.93. The production maximum daily energy into alternating current was 1.49 kWh. It is estimated taking into account the value that the monthly production can achieved 44.7 kWh. This means a reduction of 58 % in the consumption of a residence considering the availability cost and that the system is installed in a residence with the northest comsumption whose the average monthly consumption is 120.00 kWh.

The recent growth expectation of the participation of solar-photovoltaic energy sources in the power generation matrix has significantly increased the number of grid-connected systems. For connection to power grid, it is essential to use a dc-ac converter, which is able to suit the characteristics of the power provided by the photovoltaic modules to grid parameters. This dissertation presents a project proposal of a 2 kW single phase dc-ac converter for connecting a 311 V dc bus to a 220 Vrms ac bus of a microgrid. The proposed converter is bidirectional and allows, when necessary, the power flow from ac to dc bus. The study shows, through simulation and prototype implementation in the laboratory, that with the application of an appropriate control strategy it is possible to control the direction of power flow, as well as properly modulating the current flowing between two buses, dc, powered by photovoltaic panels and the battery bank, and the ac, at grid side. The prototype had a yield of about 91% and has injected electric current with low harmonic content (THDi less than 5%). / A recente expectativa de crescimento da participaÃÃo da energia solar-fotovoltaica na matriz de geraÃÃo de energia elÃtrica aumentou significativamente o nÃmero de conexÃes desses sistemas à rede elÃtrica. Para que a interligaÃÃo com a rede elÃtrica convencional seja possÃvel, à indispensÃvel a utilizaÃÃo de conversores CC/CA, capazes de adequar as caracterÃsticas da energia disponibilizada pelos mÃdulos fotovoltaicos aos padrÃes da rede. Esta dissertaÃÃo apresenta uma proposta de projeto de conversor CC/CA de 2 kW para conexÃo de dois barramentos de uma microrrede, um CC em 311 V e outro CA em 220 Vrms. O conversor proposto à bidirecional e permite, quando necessÃrio, o fluxo de energia elÃtrica do barramento CA para o CC. O estudo realizado mostra, atravÃs de simulaÃÃes e de implementaÃÃo de protÃtipo em laboratÃrio, que com a aplicaÃÃo de uma estratÃgia de controle adequada à possÃvel controlar o sentido do fluxo de potÃncia do conversor, assim como modular apropriadamente a corrente que flui entre dois barramentos, o CC, alimentado por painÃis fotovoltaicos e por banco de baterias, e o barramento CA, do lado da rede elÃtrica. O protÃtipo desenvolvido apresentou rendimento de cerca de 91% e forneceu corrente elÃtrica de baixo conteÃdo harmÃnico (THDi menor que 5%).

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-03-01Bitstream added on 2014-06-13T21:01:25Z : No. of bitstreams: 1 godoy_rb_dr_ilha.pdf: 3494392 bytes, checksum: 572327823a0ebf4a37a2c4352c009edc (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Uma das importantes aplicações dos sistemas inversores está associada ao fornecimento de energia elétrica. Com este foco destacam-se o fornecimento para cargas críticas, o fornecimento em áreas desprovidas dos usuais sistemas de transmissão e distribuição e aplicações com multi-fontes primárias de energia, incluindo-se neste caso, as aplicações para geração distribuída, com possibilidade de conectividade com a rede elétrica de distribuição ou, com o paralelismo entre estruturas isoladas. Atualmente, topologias e filosofias de controle que atendam as características das aplicações supracitadas são de interesse técnico e científico. Neste sentido, a possibilidade de paralelismo entre inversores sem interconexão do controle tem se mostrado atrativa à medida que se exigem sistemas distribuídos e adaptáveis às variações paramétricas do circuito. Entretanto, problemas de estabilidade e resposta dinâmica devem ser solucionados para garantir a confiabilidade de tais sistemas. Sendo assim, neste trabalho inicialmente é realizada a modelação em espaço de estados de sistemas compostos por inversores cuja filosofia de controle esteja embasada nas curvas P- e Q-V. Com esta modelação, tornam-se possíveis avaliações de estabilidade e resposta dinâmica através dos autovalores da matriz de estados. Propõe-se assim a busca da estabilidade dos sistemas com melhores respostas dinâmicas através de alterações nos valores da matriz de estados, resultando-se em autovalores que representem parâmetros de desempenho otimizados. Obviamente que alterações na matriz de estados estão associadas a alterações na planta, contudo, alterações em parâmetros físicos não são interessantes, uma vez que não são simples de serem obtidas na prática. Sendo assim, são propostas alterações nas constantes que definem as inclinações das curvas de controle P- e Q-V... / One of main applications of inverter systems is associated to electrical energy supply. With this focus it emphasizes the supply of energy to critical loads, the supply of energy to areas devoid of the usual transmission and distribution systems of energy and the use of primary energy in multi-fonts applications, including in this case, distributed generation applications with grid connectivity or, parallelism in stand alone applications. Currently, topologies and control philosophies capable to assure the applications characteristics above mentioned are in technical and scientific interests. In this way, the possibility of inverter parallelism with no control interconnection has showed attractive, since distributed systems and adaptable systems to parametric variations are mandatory nowadays. However, stability troubles and inadequate dynamic responses must be solved to ensure reliability of these systems. So, in this work is performed the state space modeling of systems set by inverters whose control philosophy is based on P- and Q-V curves. With this modeling it becomes possible evaluations of stability and dynamic response through state matrix eigenvalues. Thus, it proposes to assure the systems stability and better dynamic responses through changes on state matrix values, resulting in eigenvalues that represent optimized performance parameters. Obviously those variations in state matrix are associated with plant variations, however, physical parameters variations are not interesting, seeing that it is not simple to be obtained in practical situations. In face of this are proposed variations in constants that define the slopes of P- and Q-V curves. These slopes intervene directly on state matrix values and consequently in systems eigenvalues. The variations on constants are not performed randomly, nevertheless based on evolutionary algorithm capable to search values that represent...(Complete abstract click electronic access below)

No Brasil, a necessidade crescente por sistemas de geração solar fotovoltaica conectados à rede de distribuição levou ao desenvolvimento de normas brasileiras para a conformidade de inversores. Assim, de forma a atender a população em geral, foi publicada a Portaria 357, de 01 de agosto de 2014, do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO), que inclui inversores para conexão à rede de potência nominal até 10 kW no Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE). Por possuir os equipamentos necessários para a realização dos ensaios de conformidade com a portaria 357, o Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos (LSF) do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo passa então a ser o primeiro laboratório acreditado pelo INMETRO para a realização desses ensaios. Este trabalho tem como objetivo resumir as experiências de aplicação das normas brasileiras no ensaio de inversores para o PBE no LSF, sendo levantados os resultados obtidos no ensaio de 15 inversores ao longo de três anos de operação da bancada de ensaio para sistemas conectados à rede. A partir deste levantamento conclui-se que, embora as normas brasileiras exijam rigor em seus requisitos, existem inversores capazes de atender aos requisitos normativos brasileiros, assim como existem inversores que necessitam de implementações nos respectivos firmware de controle para conseguirem atender todos os requisitos. Uma vez que as normas brasileiras são recentes, este trabalho também destaca pontos das normas que se beneficiariam de adequações no corpo do texto, a fim de melhorar as rotinas de ensaios em inversores e critérios de conformidade. / In Brazil, the increasing demand for grid-tie photovoltaic systems lead to the development of the Brazilian standards for inverter quality and evaluation. In order to meet the general population demand, the National Institute for Metrology, Quality and Technology (INMETRO) published the normative nº 357 01/08/2014 to include inverters up to 10 kW in the Brazilian Labeling Program (PBE). For having all the equipment needed for inverter conformity evaluation in accordance with the normative nº 357, the Laboratory of Photovoltaic Systems (LSF) of the Institute of Energy and Environment of the University of Sao Paulo becomes the first INMETRO accredited laboratory for conducting the inverter evaluation in Brazil. This works main goal is to summarize the experience acquired for the appliance of the Brazilian standards for inverter testing in the LSF. The results obtained for the test of 15 different inverters during the first three years operating the inverter test bench are showed. Using the data shown this work concludes that, although the Brazilian standards are rigorous on its criteria, there are inverters capable of complying with the standards requirements and there are inverters that need further software and hardware development in order to comply with all the requirements. Since the Brazilian standards are in its first version, this work also aims to point out aspects of the standard that would benefit from text revising in order to improve the test conditions and conformity criteria.

No Brasil, a necessidade crescente por sistemas de geração solar fotovoltaica conectados à rede de distribuição levou ao desenvolvimento de normas brasileiras para a conformidade de inversores. Assim, de forma a atender a população em geral, foi publicada a Portaria 357, de 01 de agosto de 2014, do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO), que inclui inversores para conexão à rede de potência nominal até 10 kW no Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE). Por possuir os equipamentos necessários para a realização dos ensaios de conformidade com a portaria 357, o Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos (LSF) do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo passa então a ser o primeiro laboratório acreditado pelo INMETRO para a realização desses ensaios. Este trabalho tem como objetivo resumir as experiências de aplicação das normas brasileiras no ensaio de inversores para o PBE no LSF, sendo levantados os resultados obtidos no ensaio de 15 inversores ao longo de três anos de operação da bancada de ensaio para sistemas conectados à rede. A partir deste levantamento conclui-se que, embora as normas brasileiras exijam rigor em seus requisitos, existem inversores capazes de atender aos requisitos normativos brasileiros, assim como existem inversores que necessitam de implementações nos respectivos firmware de controle para conseguirem atender todos os requisitos. Uma vez que as normas brasileiras são recentes, este trabalho também destaca pontos das normas que se beneficiariam de adequações no corpo do texto, a fim de melhorar as rotinas de ensaios em inversores e critérios de conformidade. / In Brazil, the increasing demand for grid-tie photovoltaic systems lead to the development of the Brazilian standards for inverter quality and evaluation. In order to meet the general population demand, the National Institute for Metrology, Quality and Technology (INMETRO) published the normative nº 357 01/08/2014 to include inverters up to 10 kW in the Brazilian Labeling Program (PBE). For having all the equipment needed for inverter conformity evaluation in accordance with the normative nº 357, the Laboratory of Photovoltaic Systems (LSF) of the Institute of Energy and Environment of the University of Sao Paulo becomes the first INMETRO accredited laboratory for conducting the inverter evaluation in Brazil. This works main goal is to summarize the experience acquired for the appliance of the Brazilian standards for inverter testing in the LSF. The results obtained for the test of 15 different inverters during the first three years operating the inverter test bench are showed. Using the data shown this work concludes that, although the Brazilian standards are rigorous on its criteria, there are inverters capable of complying with the standards requirements and there are inverters that need further software and hardware development in order to comply with all the requirements. Since the Brazilian standards are in its first version, this work also aims to point out aspects of the standard that would benefit from text revising in order to improve the test conditions and conformity criteria.

A energia solar fotovoltaica é uma alternativa de energia limpa que está se tornando uma importante opção para se utilizar eletricidade em regiões desprovidas de energia elétrica. Um estudo das condições energéticas da região através de consulta às concessionárias de energia elétrica (Eletricidade de Moçambique - EDM no caso de Moçambique) e do Ministério de Energia do Governo, são fontes importantes de dados para se conhecer o cenário energético de cada região. Outra fonte de dados importante para se estimar o potencial de geração de energia solar fotovoltaico sãoos indices de irradiação da região. Estes podemser obtidos através do órgão meteorológico da região (INAM no caso de Moçambique) que forneceesses dados para as principais cidades através de suas estações meteorológicas espalhadas na região. Laboratórios de pesquisa internacionais sãooutra importante fonte de dados solarimétricos, pois utilizam satélites capazes de cobrir todo globo terrestre e os dados obtidos são publicados e permitem, a partir das coordenadas do local, identificar a irradiação solar em diversos locais do mundo. Os dados desses laboratórios podem ser comparados com dados de órgãos oficiais da região. Utilizando o banco de dados solarimétricospode-se calcular o potencial fotovoltaico de geração de energia de cada localização e também definir qual região seria mais propícia a utilização de energiasolar fotovoltaica conectada à rede. / Photovoltaic solar energy is an alternative clean energy that it is becoming an important option to be used in region that it does not have available electricity. A study about energy condition of region contacting local energy company (Electricity of Mozambique EDM in the case of Moçambique) and the ministry of governmental are important resources of data to know the electric power conditions scenery of each region. Another important data resource to assesss the photovoltaic potencial of a region is to access the solarimetric data of region. It should be got from the region meteorological organ (in Mozambique it is INAM) that provides this information for main cities through its meteorological station spread across the region. Research International labs are another important resource of the data. They use satellites that are able to cover the whole terrestrial globe and make it available. These data allow applications through the coordinates of the location, identify the exact solar irradiance at any point (in the case NREL in the USA). Laboratory data should be validated through comparisons with data from the official bodies of the region. Thus it is possible to build a solarimetric database and assess photovoltaic potential power generation of each location. On the current study done to Mozambique it was observed that some regions without electricity grid are very adequate to the utilization of solar energy for the direct generation of electricity connected to grid.

A energia solar fotovoltaica é uma alternativa de energia limpa que está se tornando uma importante opção para se utilizar eletricidade em regiões desprovidas de energia elétrica. Um estudo das condições energéticas da região através de consulta às concessionárias de energia elétrica (Eletricidade de Moçambique - EDM no caso de Moçambique) e do Ministério de Energia do Governo, são fontes importantes de dados para se conhecer o cenário energético de cada região. Outra fonte de dados importante para se estimar o potencial de geração de energia solar fotovoltaico sãoos indices de irradiação da região. Estes podemser obtidos através do órgão meteorológico da região (INAM no caso de Moçambique) que forneceesses dados para as principais cidades através de suas estações meteorológicas espalhadas na região. Laboratórios de pesquisa internacionais sãooutra importante fonte de dados solarimétricos, pois utilizam satélites capazes de cobrir todo globo terrestre e os dados obtidos são publicados e permitem, a partir das coordenadas do local, identificar a irradiação solar em diversos locais do mundo. Os dados desses laboratórios podem ser comparados com dados de órgãos oficiais da região. Utilizando o banco de dados solarimétricospode-se calcular o potencial fotovoltaico de geração de energia de cada localização e também definir qual região seria mais propícia a utilização de energiasolar fotovoltaica conectada à rede. / Photovoltaic solar energy is an alternative clean energy that it is becoming an important option to be used in region that it does not have available electricity. A study about energy condition of region contacting local energy company (Electricity of Mozambique EDM in the case of Moçambique) and the ministry of governmental are important resources of data to know the electric power conditions scenery of each region. Another important data resource to assesss the photovoltaic potencial of a region is to access the solarimetric data of region. It should be got from the region meteorological organ (in Mozambique it is INAM) that provides this information for main cities through its meteorological station spread across the region. Research International labs are another important resource of the data. They use satellites that are able to cover the whole terrestrial globe and make it available. These data allow applications through the coordinates of the location, identify the exact solar irradiance at any point (in the case NREL in the USA). Laboratory data should be validated through comparisons with data from the official bodies of the region. Thus it is possible to build a solarimetric database and assess photovoltaic potential power generation of each location. On the current study done to Mozambique it was observed that some regions without electricity grid are very adequate to the utilization of solar energy for the direct generation of electricity connected to grid.