Orientador: José Luz Silveira / Coorientador: Celso Eduardo Tuna / Banca: Teófilo Miguel de Souza / Banca: Eduardo Godoy Júnior / Resumo: Atualmente, governos de todo o mundo estão se preocupando pelos efeitos das economias, indústrias e políticas no meio ambiente, criando regulações para fomentar a utilização de tecnologias menos poluidoras. No Brasil, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) é o ente federal de promover a implementação de fontes renováveis para a geração de eletricidade. A ANEEL mediante a resolução Nº 482/2012 permite aos usuários finais a instalação de tecnologias renováveis para produzir eletricidade para suas cargas elétricas, incrementando assim a porcentagem de energias alternativas na matriz energética nacional, considerando também os projetos renováveis de grande escala. Neste trabalho, realizou-se um estudo para conhecer a viabilidade da implementação de sistemas híbridos de geração de energia elétrica (SHGEEE) em edifícios, utilizando energia eólica e solar fotovoltaica. A metodologia para a análise técnica consistiu em obter o consumo de energia elétrica de edifícios residenciais de baixa, média e alta renda no Brasil, para assim com base nos recursos eólicos e solares de Fortaleza (CE) e Lagoa Santa (MG), realizar o balanço energético anual e desta forma dimensionar os SHGEE para seis cenários estudados. Baseado nos resultados técnicos, a metodologia econômica analisou a viabilidade financeira de implementar no Brasil os seis SHGEE dimensionados utilizando engenharia econômica para conhecer o investimento dos projetos, os custos da energia elétrica gerada pelas plantas híbri... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Nowadays, governments around the world are worried about the effects of economies, industries and environment policies, making them to create regulations to encourage the use of less polluting technologies. In Brazil, the National Electric Energy Agency (ANEEL) is the federal entity to promote the implementation of renewable sources for generating electricity. ANEEL Resolution No. 482/2012 allows end users to install renewable energy sources to produce electricity for their electrical charges, increasing the percentage of alternative energy in the national energy matrix, in addition of renewable projects of large scale. In this work was made a study to know the feasibility of implementing hybrid electricity generation systems SHGEE in buildings, using wind power and solar photovoltaic energy. The methodology for the technical analysis consisted in obtaining the electricity consumption of a low, medium and high income residential building in Brazil, thus based on wind and solar resources in Fortaleza (Ceara State) and Lagoa Santa (Minas Gerais State), performing annual energy balance for dimensioning SHGEE for six scenarios studied. Considering the technical results, the economic methodology analyzed the financial feasibility of implementing in Brazil six SHGEE sized applying economic engineering and determining the project investments, the costs of electricity generated by hybrid plants and the payback period of the investment. In the environmental analysis determined the amo... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: José Roberto Ribeiro Bortoleto / Resumo: O presente trabalho apresenta o estudo da interface de filmes finos de óxido de zinco (ZnO) e óxido de estanho (SnO2). Foram investigadas propriedades morfológicas e elétricas a respeito desta heterojunção. A deposição dos filmes foi realizada através da técnica de magnetron sputtering RF. A morfologia de superfície foi investigada e caracterizada através de técnicas de perfilometria e microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo. O objetivo central desta pesquisa consiste em avaliar a interação SnO2/ZnO, uma vez que esse composto possui potencial para aplicações em células fotovoltaicas. Nessas aplicações o SnO2 atua como camada transportadora de elétrons, que apresenta como principal efeito o aumento no tempo de recombinação do par elétron-buraco, gerado quando a célula fotovoltaica é submetida à incidência luminosa. Para a investigação foram depositados filmes de SnO2 com diferentes espessuras sobre ZnO. Além disso, foram estudadas as propriedades eletrônicas do ZnO para garantir que este se comporta no trabalho como um óxido transparente condutivo (TCO do inglês Transparent Conductive Oxide), o que possibilita sua aplicação nas células fotovoltaicas. O sistema produzido apresentou características que indicam ser um material promissor para as aplicações citadas. / Abstract: This work presents the analysis of the interface between thin films of zinc oxide (ZnO) and tin oxide (SnO2). Morphological and electrical properties were investigated regarding this heterojunction. The deposition of the films was performed using the RF magnetron sputtering technique. The surface morphology was investigated and characterized by profiling and Scanning Electron Microscopy with Field Emission Gun Techniques. The main objective of this research is to evaluate the SnO2/ZnO interaction, since this compound has potential for applications in photovoltaic cells. In these applications the SnO2 acts as a electron transport layer presenting as a main effect the increase in the recombination time of the electron-hole pair, generated when the photovoltaic cell is submitted to incidence of light. For this investigation SnO2 films of different thicknesses were deposited on a reference ZnO film. In addition, the electronic properties of ZnO were evaluated to ensure that it behaves as a transparent conducting oxide (TCO), which enables its application in photovoltaic cells. The system produced presented characteristics that suggests it is a promising material for the aforementioned applications. / Doutor

[EN] Multilevel inverters are being used in high-power applications, but the use of those topologies in small-power photovoltaic power plants presents some advantages. In this Thesis it is proposed a transformerless grid-connected single-phase photovoltaic inverter topology, called NPC+GCC, based on a multilevel topology. The characteristics of the NPC+GCC are of great interest for grid-connected transformerless inverters. It is demonstrated that that topology generates a very low capacitive leakage current, which is well below the limits stablished by the DIN VDE 0123-1-1 norm. The NPC+GCC topology permits the connection of a pair of photovoltaic sources on its input, getting the maximum power of both sources simultaneously. The efficiency of the power electronic converter is very high, since cascaded power stages are not used. This feature is of great interest in photovoltaic generation in urban areas because of the partial shadowing of the photovoltaic modules. Partial shadowing significantly deteriorates the energy harvesting. The double maximum power point tracking of the NPC+GCC reduces the effects of partial shadowing. Moreover, the inverter has been designed for working in distributed generation microgrids, an upcoming scenario. The main features of the inverter, transformerless and with a double maximum power point tracking, are especially relevant for power generation in the context of microgrids. The design has been validated by means of the construction and experimental study of an NPC+GCC converter with a nominal power of 5kW. / [ES] Los inversores multinivel se utilizan de forma habitual en aplicaciones de gran potencia, pero la aplicación de las topologías multinivel en la generación fotovoltaica de pequeña potencia presenta algunas ventajas de interés. Se propone una topología de inversor fotovoltaico monofásico de inyección a red sin transformador, basada en las topologías multinivel, llamada NPC+GCC. Esta topología presenta características de gran interés para su uso como inversor sin transformador directamente conectado a la red eléctrica. Se estudia su tensión de modo común, y cómo esta genera una corriente de derivación capacitiva que se mantiene muy por debajo de los límites permitidos por la normativa. La topología NPC+GCC permite la conexión de dos generadores fotovoltaicos en su entrada, sobre los que efectuará una búsqueda del punto de máxima potencia de manera totalmente independiente y con un elevado rendimiento y fiabilidad, ya que no utiliza convertidores conectados en cascada para realizar esta función. Esta característica es de especial interés para la generación fotovoltaica en entornos urbanos, pues frecuentemente aparecen sombreados parciales sobre los módulos fotovoltaicos, que pueden deteriorar significativamente el aprovechamiento energético. El doble seguimiento del punto de máxima potencia permite reducir la influencia del sombreado parcial. Además, el inversor está diseñado para funcionar en microrredes de generación distribuida, adaptando así la generación fotovoltaica al nuevo escenario que está naciendo en la actualidad. Las principales características del inversor (sin transformador y con doble seguimiento del punto de máxima potencia) son de especial relevancia para la generación en el entorno de microrredes. El diseño se ha validado mediante la construcción y experimentación de un convertidor NPC+GCC de potencia nominal 5kW. / [CAT] Els inversors multinivell s'utilitzen de forma habitual en aplicacions de gran potència, però l'aplicació de les topologies multinivell en la generació fotovoltaica de petita potència presenta alguns avantatges d'interès. Proposem una topologia d'inversor fotovoltaic monofàsic d'injecció a xarxa sense transformador, basada en topologies multinivell, anomenada NPC+GCC. Aquesta topologia presenta característiques de gran interès per l'ús com a inversor sense transformador directament connectat a la xarxa elèctrica. N'estudiem la tensió de mode comú, i com aquesta genera un corrent de derivació capacitiu que es manté molt per davall dels límits permesos per la normativa. La topologia NPC+GCC permet la connexió de dos generadors fotovoltaics en l'entrada, sobre els quals efectuarà una cerca del punt de màxima potència de manera totalment independent i amb una elevada eficiència i fiabilitat, ja que no usa convertidors connectats en sèrie per a dur a terme aquesta funció. Aquesta característica és d'interès especial per a la generació fotovoltaica en entorns urbans, ja que freqüentment apareixen ombrejats parcials als mòduls fotovoltaics, que poden deteriorar significativament l'aprofitament energètic. El doble seguiment del punt de màxima potència permet reduir la influència de l'ombrejat parcial. A més, l'inversor està dissenyat per a funcionar en microxarxes de generació distribuïda, i així la generació fotovoltaica s'adapta al nou escenari que està naixent en l'actualitat. Les principals característiques de l'inversor (sense transformador i amb doble seguiment del punt de màxima potència) són d'especial rellevància per a la generació en l'entorn de microxarxes. El disseny ha sigut validat per mitjà de la construcció i l'experimentació d'un convertidor NPC+GCC de potència nominal 5kW. / Patrao Herrero, I. (2015). Concepción e integración en microrredes residenciales de inversores multinivel sin transformador de aislamiento con extracción simultánea de la máxima potencia de múltiples generadores fotovoltaicos [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52023 / TESIS

En los últimos años, la comunidad estudiantil de la Universidad Católica Santo Toribio de Mogrovejo ha ido incrementado considerablemente y por lo tanto el consumo de bebidas. Este suceso ha traído como consecuencia el aumento de residuos sólidos de plástico en el campus universitario. En el presente trabajo de investigación se diseñó una máquina trituradora de botellas de plástico PET con ayuda de las herramientas matriz morfológica, seguido de una matriz de decisión y luego con el software Solidworks, con el único fin de facilitar el reciclaje y hacer más eficiente el manejo de residuos sólidos plásticos en la Universidad. Además, la máquina será actuada por un sistema fotovoltaico, que aprovecha la energía solar para generar energía eléctrica. Este sistema utiliza energía renovable y produce poca o ninguna emisión de carbono, es silenciosa y de bajo costo a largo plazo. Con ayuda de la estadística se realizó 378 encuestas dentro del campus universitario para cuantificar el consumo de bebidas, siendo así un consumo aproximado de 1 674 botellas por día o 30 kg de PET por día. El diseño de la máquina se inicia con el cálculo de la fuerza de corte, luego la potencia de accionamiento (3 HP), las transmisiones flexibles, transmisión por engranajes, ejes y finalmente los rodamientos. Los elementos que conforman la trituradora son: motor, tolva cerrada, cuchillas, separadores, ejes, engranajes, poleas, bandas en V, rodamientos y su propia estructura. Con la energía solar incidente en la localidad y la máxima demanda de carga para el sistema fotovoltaico se calculó y seleccionó 9 paneles fotovoltaicos, 6 baterías, 3 reguladores, un inversor, cables conductores y 3 estructuras para el soporte de paneles. Con el VAN y TIR se determinó que el proyecto de tesis es factible desde el punto de vista económico ya que el retorno de la inversión se da en 4 años.

This work investigates two main aspects related to photovoltaic: systems and module characterization and performance modeling. The first part aims to characterize a PV generator located in Spain with a nominal power of 109.44 kW under standard test conditions according to the datasheet. An operational photovoltaic system's nominal power is a valid parameter for determining its current operational state. The applicability of a standard procedure to estimate the nominal power of an operating generator, proposed by Martínez-Moreno and based on Osterwald's model, is investigated. However, the standard procedure does not specify how to deal with experimental data when unexpected behavior impedes the nominal power estimation under operating conditions. During the 6-month study, the power-irradiance relation showed a hysteresis effect with varying amplitudes throughout the campaign. Adding a data filter that removes the non-linear part of the data proves necessary to estimate the nominal power, complementing Martinez-Moreno's procedure to enable the generators' characterization. The second part contributes to closing a knowledge gap in the performance behavior and predictability of multiple PV technologies in Peru. The quality of two simple analytical models for estimating the outdoor performance of three different photovoltaic module technologies in Lima was investigated. Osterwald's and the Constant Fill Factor models were applied to estimate the maximum power delivered by an Aluminum Back Surface Field, a Heterojunction with Intrinsic Thin-layer, and an amorphous/microcrystalline thin-film tandem PV module. The results point that both models overestimate the expected power compared to the measured one. Implementing a correction factor adjusts the estimated maximum power by both models. This correction factor allows us to estimate losses, calculate an adequate nominal power and minimize the estimated power error. The normalized root mean square error and mean bias error determine the implemented methodology's quality. The two crystalline silicon-based technologies present a similar behavior throughout the year. However, both differ considerably from the tandem one during different months, implying that the ambient variables have other seasonal impacts on their performance.

El objetivo de la Tesis es mostrar, a partir de un balance energético dimensionable y contrastable, la viabilidad de un sistema de recarga de baterías de tracción de Vehículos Eléctricos de manera simultánea a la producción dentro de la llamada “ventana fotovoltaica”, como garantía de que la electricidad producida para la movilidad eléctrica no dependa de los combustibles fósiles que están inevitablemente presentes en el “share” energético global para, de esta manera, reducir el nivel de emisiones de CO2 a la atmósfera por parte del sector del transporte. Y el intercambio de baterías es presentado como la alternativa para resolver el problema de la simultaneidad entre la producción fotovoltaica y la utilización del vehículo, y para vencer la barrera del tiempo de recarga. Si el vehículo eléctrico está llamado a ser el sustituto natural del convencional y las energías renovables están llamadas a ser las sustitutas naturales de las convencionales, es necesario comprobar la viabilidad del binomio “Vehículo Eléctrico - Energías Renovables” y el desarrollo conjunto de ambas. Siendo una realidad que el Vehículo Eléctrico ya es un producto al alcance del gran público, no es menos cierto que el grado de penetración del mismo está teniendo lugar a un nivel infinitamente inferior al esperado, en parte como consecuencia del elevado coste del VE y la situación económica global, en parte porque la usabilidad del VE y el vehículo convencional no es la misma al no disponer el VE de autonomía, tiempo de recarga e infraestructura de recarga comparables a su homólogo convencional, y en parte como consecuencia del mantenimiento del status-quo existente entre los fabricantes de vehículos y las empresas suministradoras de combustibles fósiles que intentan frenar lo máximo posible el proceso de electrificación del sector de transporte. Por otro lado, es también una realidad el drástico descenso en los costes de los equipos de producción de electricidad fotovoltaica en los últimos años, sobre todo los paneles solares y los onduladores DC-AC, de forma que cada Watio instalado viene a costar, en promedio, 5 veces menos que en 2007 y las instalaciones son rentables por sí mismas sin necesidad de mecanismos de subvención externos. Todo ello ha facilitado que a día de hoy dispongamos de un escenario de Balance Neto (Autoconsumo con intercambio con la red) viable que ha abierto la puerta a las Smart Grids en las cuales el punto de recarga del Vehículo Eléctrico es sin duda uno de los protagonistas del escenario futuro. Y puesto que tanto las instalaciones fotovoltaicas a pequeña escala como el vehículo eléctrico son 2 campos emergentes con mucho desarrollo todavía por delante, el autor ha querido relacionar ambos a nivel dimensional y justificar que el futuro crecimiento conjunto de ambos puede contribuir enormemente a la reducción progresiva de la emisión de gases contaminantes a la atmósfera por parte del sector del transporte.

Este proyecto consiste en el diseño de un sistema híbrido Fotovoltaico-Biodigestor de 15 kW para generar energía eléctrica en el caserío Pósope. Como un prototipo de un sistema que pretende unir dos redes para poder producir energía eléctrica junto con los beneficios ambientales asociados, para su posterior aplicación en el caserío Pósope Bajo. Se seleccionó de la mejor opción tecnológica y de los principales componentes del sistema híbrido de acuerdo a las condiciones geográficas y meteorológicas de la zona. Se van a tratar aspectos como el diseño del sistema híbrido, que implica dimensionamiento de los paneles y del biodigestor; el tipo de panel, de baterías, reguladores como también el tipo material del biodigestor y la medida de las zanjas. Para determinar la viabilidad del proyecto se abordarán aspectos económicos y de rentabilidad como inversión necesaria.

El objetivo de este proyecto es el diseño de un sistema fotovoltaico en la carrocería de una Unidad Médica Móvil para suministrar energía eléctrica a equipos biomédicos en zonas alejadas de Lambayeque. Para lograrlo, primero se diagnosticó la situación actual del suministro eléctrico en las zonas rurales de Lambayeque, con el fin de identificar cuantos centros poblados sin acceso a la energía eléctrica, existen en el departamento. Después, mediante 5 fuentes distintas se determinaron los niveles de radiación en la zona de Lambayeque, especialmente en los centros poblados escasos de energía eléctrica. Con ello se logró identificar el valor de la irradiación mínima de todos los centros poblados, esto con el fin garantizar que, en los meses siguientes de mayor irradiación solar, el sistema funcione correctamente. Luego se procedió a identificar los equipos biomédicos de la Unidad Médica Móvil I para posteriormente calcular la demanda máxima del sistema. Para lograr el diseño del sistema fotovoltaico, se utilizaron dos metodologías de fuentes distintas, sometidas a los mismos parámetros con el fin de determinar cuál método es el más conveniente ya que ambos cumplen con los requisitos preliminares. Se determinó que el segundo método es la mejor opción, y de ello se obtuvieron los siguientes equipos para el sistema fotovoltaico: - 4 paneles solares de 320Wp y 24V. - 4 baterías de 550Ah y 6V. - 1 controlador MPPT de 60A. - 1 inversor cargador de 800W. Finalmente se evaluó económicamente la propuesta mediante dos herramientas financieras (VAN y TIR) con el fin de determinar la viabilidad del proyecto.

El dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos es el proceso de escoger el tipo y cantidad de componentes necesarios para suministrar la enérgica eléctrica necesaria para cubrir una parte o la totalidad del consumo eléctrico del cliente. La empresa Leaf Energy la cual se dedica a este rubro, presenta problemas en cuanto a las demoras y defectos en la atención al cliente, para lo cual se pretende mitigar las causas con un software a modo de herramienta de dimensionamiento. El objetivo principal del software es permitirle al usuario generar un reporte detallado de como máximo 5 sistemas de energía fotovoltaica híbrido y 5 conectado a la red eléctrica adecuados para suministrar el consumo eléctrico del cliente, información que será obtenida a partir de una imagen digital del recibo enviado por el cliente al usuario. Se realiza una investigación de tipo tecnológica-aplicada, mediante el método de investigación interactiva se evalúa la implementación del software en conjunto con un experto de la empresa donde se realizarán pruebas con distintos recibos de consumos eléctricos. Los resultados se comprobarán con hojas de datos luego de haber probado el software con ayuda de un experto en temas de energía fotovoltaica de la empresa donde se implementará el software. Al término de la tesis el software logró generar exitosamente un reporte detallado. Se logró el objetivo de obtener de manera rápida y concisa toda la información necesaria sobre el cliente, la cotización y la evaluación del retorno de inversión del sistema.

En el presente trabajo de investigación, el objetivo principal es dimensionar un sistema eólico – fotovoltaico, el cual nos va a permitir autoabastecer a la universidad católica Santo Toribio de Mogrovejo, ubicada en el distrito de Chiclayo, provincia de Chiclayo, departamento de Lambayeque. La energía promedio de consumo de la universidad es de 80 kWh. Teniendo en consideración que la radiación promedio anual ES DE 4,7 𝑘𝑊ℎ𝑚2⁄ (según data del Atlas solar del Perú), con respecto a la velocidad de viento promedio anual es de 6,5 𝑚𝑠⁄ (de acuerdo a la data obtenida por el Atlas eólico del Perú 2016). El sistema propuesto está conformado por un aerogenerador AIR 30 PRO, 40 paneles fotovoltaicos de 360 Wp, 10 controladores de corriente, 1 inversor de corriente y 20 baterías de 260 Ah; teniendo un coto de inversión de S/. 425,122.46. La propuesta de la implementación de este sistema eólico – fotovoltaico, es para fomentar la generación de RER (recursos de energía renovables), y así disminuyendo las emisiones de gases de efecto invernadero. Es de conocimiento público que la USAT, es la primera universidad a nivel del departamento de Lambayeque que está reconocida en la huella de carbono, la cual es una iniciativa del Ministerio del Ambiente para la disminución de gases de efecto invernadero.