Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / En la última década se ha visto un importante aumento de la participación de las energías renovables no convencionales a nivel mundial, llegando a superar la capacidad instalada de 2.000 GW, donde la generación fotovoltaica (PV) tiene una gran participación. En Chile, se tiene un gran potencial solar, en especial en el desierto de Atacama, por lo cual la generación PV ha tenido un crecimiento considerable desde el año 2011, llegando a alcanzar una capacidad instalada total de 2,1 GW en el presente año. Sin embargo, los parques PV también generan desafíos operacionales en particular en el marco de la regulación y estabilidad de frecuencia de los sistemas eléctricos de potencia. Por un lado, la naturaleza variable e incierta del recurso solar puede tener efectos negativos en la regulación de frecuencia. Por otro lado, una alta participación fotovoltaica provoca una disminución de la inercia del sistema debido a la falta de respuesta inercial de centrales PV, generando un efecto negativo en la estabilidad de frecuencia de los sistemas eléctricos durante grandes desbalances entre generación y demanda. En este contexto, los parques PV pueden entregar respuesta inercial mediante la incorporación de un lazo de control adicional y la operación fuera del punto de máxima potencia (MPPT en inglés). Sin embargo, dado que esto implica en un costo adicional para la operación del sistema, es importante realizar un análisis técnico económico antes de imponer requerimientos de este tipo en parques PV. El objetivo de este trabajo de tesis es proponer un modelo de optimización que permita identificar y cuantificar los beneficios técnicos y económicos de permitir que los parques PV aporten con respuesta rápida de frecuencia durante grandes desbalances de carga y generación.

El presente trabajo de investigación tiene como principal objetivo el diseño y dimensionamiento de un sistema de paneles fotovoltaicos para el caso de un edificio mixto en el distrito de Cusco en Wánchaq con la finalidad de poder brindar energía eléctrica para el funcionamiento de las iluminarias de las zonas comunes interiores y exteriores del edificio de cuatro pisos. La opción de usar la energía solar, para producir energía eléctrica, es una alternativa muy viable para frenar el avance del cambio climático y los efectos negativos hacia el medio ambiente. Antes de comenzar con el dimensionamiento, se definen los conceptos relacionados a la estructura interna de los sistemas fotovoltaicos, la tipología de los paneles, los principales componentes de este sistema y se analizan las principales definiciones conceptuales y de diseño provenientes de investigaciones pasadas. Luego, se desarrollan los cálculos para obtener las dimensiones del sistema de paneles fotovoltaicos y las especificaciones técnicas de los diferentes componentes de este sistema. De igual forma, se realizó el cálculo del conductor y, de la inclinación, sombras y distancia de paneles. Además, se desarrolla el análisis económico del proyecto detallando la marca y costo de cada componente elegido. Así mismo, se realizó un análisis de viabilidad económica. En el capítulo final, se detallan las conclusiones a las que se llegaron, verificando el cumplimiento del objetivo principal y específico. Además, se detallan las conclusiones en cuanto a los beneficios, usos y costo del proyecto.

Submitted by Elóy Esteves Gasparin null (eloygasparin@gmail.com) on 2018-01-11T16:00:01Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Versão_Final_Elóy_Esteves_Gasparin.pdf: 1930199 bytes, checksum: 9e07c05152e38b9d557c7ac3cc3b6da7 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-01-11T18:38:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gasparin_ee_me_ilha.pdf: 1930199 bytes, checksum: 9e07c05152e38b9d557c7ac3cc3b6da7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-11T18:38:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gasparin_ee_me_ilha.pdf: 1930199 bytes, checksum: 9e07c05152e38b9d557c7ac3cc3b6da7 (MD5) Previous issue date: 2017-12-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Devido à alta demanda da substituição de fontes de energia que utilizam combustíveis fósseis por fontes de energia renovável, a ciência atual busca maximizar a eficiência das fontes renováveis para que sejam economicamente competitivas no mercado. Grande parte da liderança brasileira neste campo se deve à fonte hidráulica, que impacta negativamente o meio ambiente e as populações ribeirinhas. Assim, outras fontes renováveis como a eólica e a solar têm aumentado sua participação na matriz energética do país. Diante deste contexto, sistemas fotovoltaicos com alta eficiência podem aumentar a participação da energia solar na matriz interna de energia elétrica do Brasil. Os sistemas fotovoltaicos flutuantes são 11% mais eficientes do que os sistemas instalados em terra devido às menores temperaturas de operação. Para determinar se a umidade relativa do ar tem influência na eficiência das plantas flutuantes, neste trabalho, a partir de uma análise numérica, avaliou se a eficiência de conversão de energia é influenciada pela distância entre a superfície da água e o módulo fotovoltaico flutuante. Além disso, estudou dois tipos diferentes de módulos fotovoltaicos (monocristalinos e flexíveis) durante as quatro estações do ano, avaliando suas peculiaridades. A Planta Fotovoltaica de Rosana/SP foi utilizada como base para formulação dos modelos físicos, que resultaram em um modelo matemático solucionado através do Método de Volumes Finitos nos softwares FLUENT® e MECHANICAL® do pacote ANSYS®. As quatro distâncias simuladas (100, 300, 600 e 900mm) determinaram que os modelos físico e matemático adotados não captaram de forma conclusiva se as temperaturas de operação dos módulos diminuem com a aproximação da superfície da água. A potência gerada por um módulo monocristalino é 38,8% maior do que a gerada por um módulo flexível, no entanto os monocristalinos são dez vezes mais sensíveis à temperatura de operação. Para a mesma capacidade (25kW), a geração efetiva de energia da planta de módulos flexíveis é 9,1% maior devido à área de incidência receber 63,3% mais irradiação solar. As menores eficiências elétricas ocorrem no Verão/Primavera, entretanto, as plantas geram 30% mais energia em relação ao Outono/Inverno. Na atualidade, os módulos monocristalinos possuem melhor aplicabilidade do que os flexíveis, pois possuem maior eficiência elétrica, mesmo utilizando estruturas de suporte mais robustas. / Due to the high demand for the replacement of energy sources that use fossil fuels by renewable energy sources, the current science seeks to maximize the efficiency of renewable sources to them be economically competitive in the market. Much of the Brazilian leadership in this field is due to the hydraulic source, which negatively impacts the environment and the riverine populations. Thus, other renewable energy sources such as wind and solar energies have increased their participation in the country's energy matrix. Given this context, photovoltaic systems with high efficiency can increase the participation of solar energy in the internal matrix of electric energy of Brazil. Floating photovoltaic systems are 11% more efficient than onshore systems due to lower operating temperatures. To determine if the relative humidity of the air influences the efficiency of the floating plants; in this work, based on a numerical analysis, it was evaluated whether the energy conversion efficiency is influenced by the distance between the water surface and the floating photovoltaic module. In addition, it was studied two different types of photovoltaic modules (monocrystalline and flexible) during the 4 seasons of the year, evaluating its peculiarities. The Rosana/SP Photovoltaic Plant was used as the basis for the formulation of the physical models, which resulted in a mathematical model solved through the Finite Volume Method in the FLUENT® and MECHANICAL® softwares of the ANSYS® package. The four simulated distances (100, 300, 600 and 900mm) determined that the physical and mathematical models adopted did not capture in a conclusive way whether the operating temperatures of the modules decrease with the approximation of the water surface. The power generated by a monocrystalline module is 38.8% greater than that generated by a flexible module, however the monocrystalline is ten times more sensitive to the operating temperature. For the same capacity (25kW), the effective power generation of the flexible module plant is 9.1% higher due to the incidence area receiving 63.3% more solar irradiation. The lowest electrical efficiencies occur in the Summer/Spring season, but generate 30% more energy compared to Fall/Winter season. Currently, the monocrystalline modules have better applicability than the flexible ones because they have greater electrical efficiency, even using more robust support structures. / 130005/2016-9

Orientador: João Batista Campos Silva / Resumo: Devido à alta demanda da substituição de fontes de energia que utilizam combustíveis fósseis por fontes de energia renovável, a ciência atual busca maximizar a eficiência das fontes renováveis para que sejam economicamente competitivas no mercado. Grande parte da liderança brasileira neste campo se deve à fonte hidráulica, que impacta negativamente o meio ambiente e as populações ribeirinhas. Assim, outras fontes renováveis como a eólica e a solar têm aumentado sua participação na matriz energética do país. Diante deste contexto, sistemas fotovoltaicos com alta eficiência podem aumentar a participação da energia solar na matriz interna de energia elétrica do Brasil. Os sistemas fotovoltaicos flutuantes são 11% mais eficientes do que os sistemas instalados em terra devido às menores temperaturas de operação. Para determinar se a umidade relativa do ar tem influência na eficiência das plantas flutuantes, neste trabalho, a partir de uma análise numérica, avaliou se a eficiência de conversão de energia é influenciada pela distância entre a superfície da água e o módulo fotovoltaico flutuante. Além disso, estudou dois tipos diferentes de módulos fotovoltaicos (monocristalinos e flexíveis) durante as quatro estações do ano, avaliando suas peculiaridades. A Planta Fotovoltaica de Rosana/SP foi utilizada como base para formulação dos modelos físicos, que resultaram em um modelo matemático solucionado através do Método de Volumes Finitos nos softwares FLUENT® e MECHANICAL® do pacote A... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Due to the high demand for the replacement of energy sources that use fossil fuels by renewable energy sources, the current science seeks to maximize the efficiency of renewable sources to them be economically competitive in the market. Much of the Brazilian leadership in this field is due to the hydraulic source, which negatively impacts the environment and the riverine populations. Thus, other renewable energy sources such as wind and solar energies have increased their participation in the country's energy matrix. Given this context, photovoltaic systems with high efficiency can increase the participation of solar energy in the internal matrix of electric energy of Brazil. Floating photovoltaic systems are 11% more efficient than onshore systems due to lower operating temperatures. To determine if the relative humidity of the air influences the efficiency of the floating plants; in this work, based on a numerical analysis, it was evaluated whether the energy conversion efficiency is influenced by the distance between the water surface and the floating photovoltaic module. In addition, it was studied two different types of photovoltaic modules (monocrystalline and flexible) during the 4 seasons of the year, evaluating its peculiarities. The Rosana/SP Photovoltaic Plant was used as the basis for the formulation of the physical models, which resulted in a mathematical model solved through the Finite Volume Method in the FLUENT® and MECHANICAL® softwares of the ANSYS® package.... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

We live in a highly dependent energy consumption world. This situation is expected to be unsustainable in the upcoming decades unless we change the energy model on which our society has been built. Recently and thanks to the great progress that technologies based on renewable energies (RE) are achieving, we have this possibility within our reach. Photovoltaic solar energy has proved to be one of the most mature and future-oriented natural resources, is clean, unlimited and has a great potential for use and possible applications. There are several types of photovoltaic technologies in the market today, including amorphous silicon (a-Si:H), less efficient than conventional polycrystalline silicon cells, but with very interesting characteristics, such as the low amount of silicon needed for their manufacturing and less energy expenditure for its elaboration, which results in a lower price and lower environmental impact, also its optical properties make it very interesting for certain types of applications such as building integrations. Due to the low implementation of amorphous silicon solar panels in the market, there are some deficiencies in knowing their behavior in facilities exposed to real outdoors conditions. The present thesis performs a study of the cycle of operation of two photovoltaic arrays of a-Si:H. The study is developed in two stages, in the first; we study the phenomenon of light-induced stabilization (LID) due to the Staebler-Wronski effect (SWE) and it is compared with existing literature, proposing a new model to describe this effect. In the second stage, the study of the photovoltaic plants is continued from the point of its stabilization, with the interest of characterizing the seasonal cyclic effect in the efficiency, produced by thermal variations of annealing, the SWE and the aging of the photovoltaic cells. This study has a particular interest as a tool for researchers, engineers and photovoltaic system designers, to better understand and quantify the effects of this technology under real operating conditions. / Vivimos en un mundo cada día más dependiente del consumo de energía. Esta situación se prevé insostenible en las próximas décadas a no ser que cambiemos el modelo energético sobre el que nuestra sociedad está construida. Recientemente y gracias a los grandes progresos que las tecnologías basadas en energías renovables (EERR) están demostrando, tenemos a nuestro alcance esta posibilidad. La energía solar fotovoltaica ha resultado ser uno de los recursos naturales más maduros y con mayor proyección de futuro, es limpia, inagotable y con gran potencial de uso y aplicaciones posibles. Existen en el mercado actual varios tipos de tecnologías fotovoltaicas, entre ellas, la de silicio amorfo (a-Si:H), menos eficiente que las células convencionales de silicio policristalino pero con características muy interesantes, como la baja cantidad de silicio necesario para su fabricación y menor gasto energético para su elaboración, lo cual redunda en un menor precio y menor impacto ambiental, también sus propiedades ópticas la hacen muy interesante para cierto tipo de aplicaciones como la integración en edificios. Debido a la baja implementación de paneles solares de silicio amorfo en el mercado, existen ciertas carencias a la hora de conocer su comportamiento en instalaciones expuestas a condiciones ambientales de trabajo. La presente Tesis, realiza un estudio del ciclo de funcionamiento de dos plantas fotovoltaicas de a-Si:H. El estudio se desarrolla en dos etapas, en la primera, se estudia el fenómeno de la estabilización inducida por la luz (LID) debido al efecto Staebler-Wronski (SWE) y se compara con la bibliografía existente, proponiendo un nuevo modelo para describir este efecto. En la segunda etapa, el estudio de las plantas fotovoltaicas es continuado a partir del punto de su estabilización, con el interés de caracterizar el efecto cíclico estacional en la eficiencia, producido por las variaciones térmicas de templado, el SWE y el envejecimiento de la célula fotovoltaica. Este estudio es de particular interés como herramienta para investigadores, ingenieros y diseñadores de sistemas fotovoltaicos, para poder conocer mejor y cuantificar los efectos de esta tecnología bajo condiciones reales de funcionamiento. / Vivim en un món cada dia més depenent del consum d'energia. Aquesta situació es preveu insostenible en les pròximes dècades llevat que canviem el model energètic sobre el qual la nostra societat està construïda. Recentment i gràcies als grans progressos que les tecnologies basades en energies renovables (EERR) estan demostrant, tenim al nostre abast aquesta possibilitat. L'energia solar fotovoltaica ha resultat ser un dels recursos naturals més madurs i amb major projecció de futur, és neta, inesgotable i amb gran potencial d'ús i aplicacions possibles. Existeixen al mercat actual diversos tipus de tecnologies fotovoltaiques, entre elles, la del silici amorf (a-Si:H), menys eficient que les cèl¿lules convencionals de silici policristal¿lí però amb característiques molt interessants, com la baixa quantitat de silici necessari per a la seua fabricació i menor despesa energètica per a la seua elaboració, la qual cosa redunda en un menor preu i menor impacte ambiental, també les seues propietats òptiques la fan molt interessant per a cert tipus d'aplicacions com la integració en edificis. A causa de la baixa implementació de panells solars de silici amorf al mercat, existeixen certes manques a l'hora de conèixer el seu comportament en instal¿lacions exposades a condicions ambientals de treball. La present Tesi, realitza un estudi del cicle de funcionament de dues plantes fotovoltaiques de a-Si:H. L'estudi es desenvolupa en dues etapes, en la primera, s'estudia el fenomen de l'estabilització induïda per la llum (LID) a causa de l'efecte Staebler-Wronski (SWE) i es compara amb la bibliografia existent, proposant un nou model per a descriure aquest efecte. En la segona etapa, l'estudi de les plantes fotovoltaiques és continuat a partir del punt de la seua estabilització, amb l'interès de caracteritzar l'efecte cíclic estacional en l'eficiència, produït per les variacions tèrmiques de temperat, el SWE i l'envelliment de la cèl¿lula fotovoltaica. Aquest estudi és de particular interès com a eina per a investigadors, enginyers i dissenyadors de sistemes fotovoltaics, per a poder conèixer millor i quantificar els efectes d'aquesta tecnologia sota condicions reals de funcionament. / Mateo Guerrero, C. (2017). Cinética de la saturación en células fotovoltaicas de silicio amorfo y posterior mejora en los procesos de estabilización inicial debido a la exposición a la radiación solar [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86284 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] Las células solares de perovskitas de haluros (HaPSC) se han convertido en uno de los principales candidatos para la producción de dispositivos fotovoltaicos de nueva generación. Sin embargo, su comercialización exige que cumplan estrictos requisitos de rendimiento, seguridad y longevidad. Se sabe que la estabilidad intrínseca de las perovskitas de haluro está estrechamente relacionada con la química de los defectos que se producen en su interior, ya que algún defecto puede participar o iniciar procesos de degradación. Además, algunos de los defectos más comunes en estos sistemas crean estados de trampa poco profundos y electrónicamente activos, que pueden influir en procesos clave como el transporte y recombinación de cargas, lo que los convierte en fundamentales para determinar el rendimiento de los dispositivos. La ingeniería de disolventes ha cobrado importancia como técnica para controlar la cristalización de películas delgadas de haluros de perovskita, lo que ha dado lugar a mejoras experimentalmente observables en la calidad y estabilidad de los cristales, así como a reducciones significativas en las densidades de defectos. A pesar de los importantes esfuerzos realizados recientemente para desarrollar las HaPSC, el rendimiento y la estabilidad de las composiciones con bandas prohibidas anchas han quedado rezagados con respecto a las composiciones para los dispositivos de unión única. El objetivo de esta tesis es abordar este problema desarrollando técnicas experimentales para mejorar las perovskitas inorgánicas de haluros mixtos. Aunque la ingeniería de disolventes puede introducir, reducir o pasivar defectos electrónicamente activos (dopantes) en las perovskitas de haluro, se han realizado relativamente pocas investigaciones sobre los procesos físicos que se producen en los sistemas dopados. Además, las químicas activas de estos sistemas, que aún se están investigando, pueden dar lugar a comportamientos transitorios o a la activación de procesos complejos, lo que complica los esfuerzos experimentales. En esta tesis, estos problemas se superan empleando simulaciones por ordenador para investigar el origen y los factores que dan lugar a niveles óptimos de dopaje en las HaPSCs. Esta tesis doctoral se compone de tres artículos que han sido publicados en revistas indexadas. Dos de ellos desarrollan técnicas experimentales para controlar la cristalización de la película y la estabilidad de las perovskitas de bandas prohibidas anchas. El tercer artículo investiga el papel que desempeñan los dopantes electrónicos en el rendimiento de los dispositivos y cómo pueden aprovecharse para producir HaPSC superiores. En conjunto, estos resultados aportan nuevos conocimientos y técnicas a los experimentadores que trabajan con dispositivos de alto rendimiento. / [CA] Les cèl·lules solars de perovskita d'halur (HaPSC) s'han convertit en un dels principals candidats per a la producció de dispositius fotovoltaics de nova generació. Tanmateix, la seua comercialització requereix que compleixen exigències estrictes en termes de rendiment, seguretat i longevitat. Se sap que l'estabilitat intrínseca de les perovskites d'halur està estretament relacionada amb les químiques de defectes que es produeixen dins d'elles, ja que algun defecte pot participar o iniciar processos de degradació. A m¿es, alguns defectes predominants en aquests sistemes creen estats de trampa poc profunds i electrònicament actius, que poden influir en processos clau com el transport i la recombinació de càrregues, fent-los clau per determinar el rendiment dels dispositius. L'enginyeria de dissolvents ha guanyat rellevància com a tècnica per controlar la cristal·lització de pel·lícules primes de perovskita d'halur, donant lloc a millores experimentalment observables en la qualitat i l'estabilitat dels cristalls, així com a reduccions significatives de la densitat de defectes. Malgrat els esforços recents substancials per desenvolupar les HaPSC, el rendiment i l'estabilitat de les composicions de bandes prohibides amples s'han quedat per darrere de les adequades per a dispositius d'unió única. L'objectiu d'aquesta tesi és abordar aquest problema mitjançant el desenvolupament de tècniques experimentals per millorar les perovskites inorgàniques d'halur mixtos. Tot i que l'enginyeria de dissolvents pot introduir, reduir o passivar defectes electrònicament actius (dopants) en perovskites d'halur, hi ha hagut relativament poques investigacions sobre els processos físics que es produeixen en sistemes dopats. A més, les químiques actives d'aquests sistemes, que encara s'estan investigant, poden donar lloc a comportaments transitoris o a l'activació de processos complexos, cosa que complica els esforços experimentals. En aquesta tesi, aquests problemes es superen mitjançant l'ús de simulacions per ordinador per investigar l'origen i els factors que donen lloc a nivells òptims de dopatge en les HaPSC. Aquesta tesi doctoral està formada per tres articles que s'han publicat en revistes indexades. Dos d'aquests desenvolupen tècniques experimentals per controlar la cristal·lització de la pel·lícula i l'estabilitat de les perovskites de bandes prohibides amples. El tercer article investiga el paper que tenen els dopants electrònics a l'hora de determinar el rendiment dels dispositius i com es poden aprofitar per produir HaPSC superiors. En conjunt, aquests resultats generen noves idees i proporcionen tècniques per als experimentadors que treballen amb dispositius d'alt rendiment. / [EN] Halide perovskite solar cells (HaPSCs) have become one of the leading candidates for the production of next generation photovoltaic devices. However, commercialisation requires them to meet stringent demands in terms of performance, safety and longevity. The intrinsic stability of halide perovskites is known to be closely related to defect chemistries occurring within them since some defects can participate in, or initiate, degradation processes. Moreover, some common defects in these systems create electronically active shallow trap states, which can influence key processes such as charge transport and recombination - making them key in determining device performance. Solvent engineering has gained relevance as a technique for controlling the crystallisation of halide perovskite thin films, leading to experimentally observable improvements in crystal quality and stability as well as meaningful reductions in defect densities. Despite substantial recent efforts into developing HaPSCs, the performance and stability of wide-bandgap compositions has lagged behind those suitable for single-junction devices. The aim of this thesis is to address this problem by developing experimental techniques for improving mix-halide inorganic perovskites. Although solvent engineering can introduce, reduce or passivate electronically active defects (dopants) in halide perovskites, there have been relatively few investigations into the physics occurring in doped systems. Moreover, the active chemistries in these systems, which are still under investigation, can result in transient behaviours or the activation of complex processes - complicating experimental efforts. In this thesis, these problems are overcome by employing computer simulations to investigate the origin and factors giving rise to optimal doping levels in HaPSCs. This doctoral thesis is made up of three articles which have been published in indexed journals. Two of these develop experimental techniques for controlling the film crystallisation and stability of wide-bandgap perovskites. The third article investigates the role of electronic dopants in determining device performance, and how they may be harnessed to produce superior HaPSCs. Together, these results generate new insights and provide techniques for experimentalists working with high performance devices. / This work was funded by the Generalitat Valenciana (ACIF/2020/286), the Ministerio de Economía y Competitividad (Grant Number PID2019-107137RB-C21), European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme (Marie Sklodowska-Curie grant No. 893194), the French Agence Nationale de la Recherche (contract number ANR-17-MPGA-0012), and the French government in the frame of the program of investments for the future (Programme d’investissement d’Avenir ANR-IEED-002-01) Alexander Wyn Stewart. acknowledges the Generalitat Valenciana and the EU for financial support (ACIF/2020/286). / Stewart, AW. (2024). Hybrid Perovskites for Photovoltaic Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202847 / Compendio