O objetivo principal deste trabalho é avaliar a efetividade da previsão de geração de energia elétrica realizada por meio de simulação de um sistema fotovoltaico integrado por módulos de diferentes características, dispostos em série e conectados à rede de distribuição, sem inversor. Para isto foi utilizado o programa Crearray, desenvolvido no Laboratório de Energia Solar da UFRGS, que permite determinar o ponto de polarização do arranjo e comparar com dados medidos experimentalmente. Foi montado um arranjo fotovoltaico integrado com módulos de diferentes características conectados à rede de distribuição por meio de um inversor. A curva característica de cada um dos módulos foi determinada por ensaio em um simulador. Os dados da curva permitiram determinar os parâmetros dos modelos utilizados no programa Crearray. Para avaliar o funcionamento do programa os dados de tensão em corrente contínua foram inseridos no software e as respectivas correntes foram calculadas. Os valores de corrente calculados e os valores medidos mostraram a eficiência do programa em calcular a curva característica para diferentes condições de irradiância e de temperatura. Utilizando o mesmo programa encontrou-se o ponto de polarização do arranjo ao longo do tempo para o ponto de máxima potência e, desta forma, também a corrente e a potência máxima do lado de corrente contínua do sistema. Na comparação desta potência máxima teórica com a potência efetivamente medida no lado de corrente contínua do sistema, pôde-se constatar que nem sempre o inversor consegue determinar a tensão exata para estabelecer a potência máxima. Na comparação dos dados medidos e simulados observa-se concordância. Da comparação dos valores em horários sem interferência de sombras, foi obtida uma medição da eficiência do seguidor de máxima potência do inversor, em modo dinâmico. Observando os dados adquiridos também foi estimada a eficiência dinâmica de conversão do inversor para um dia. / The main objective of this dissertation is to confirm the forecast of electricity production through the simulation of a photovoltaic system. Such system is composed by modules with different characteristics, arranged in series and connected to the distribution network. The simulation was performed with the help of Crearray, a computer program developed at the Solar Energy Laboratory of UFRGS, which determines the bias point of the array and compares it with experimentally measured data. A photovoltaic array, constituted by modules with different characteristics, was assembled and connected to the distribution network through an inverter. The characteristic curve of each module was previously determined in a solar simulator test. The curve data was used to evaluate the parameters of the curve models used by Crearray software. To verify the correct operation of the program, the DC voltage data was entered to the software and the related current was calculated. The comparison between calculated and measured current values showed the Crearray ability to calculate the characteristic curve for different conditions of irradiance and temperature. Furthermore, the program was used to calculate the maximum power point of the array along the time and thus the delivered DC power. Comparing this theoretical maximum power with the power actually measured at the DC side of the system, it was verified that the inverter sometimes was not able to determine the correct bias voltage to extract the maximum power. Comparison of measured and simulated data showed an excellent concordance, except for certain times when there was shading on the reference cell. Comparing the values over periods without the interference of shadows, it was possible to estimate the MPPT efficiency of the inverter under dynamic mode. Analyzing the acquired data was also possible to estimate the inverter dynamic conversion efficiency for a day.

Os aproveitamentos de energia solar em aplicações térmicas ou para a produção de energia elétrica são cada vez mais importantes, por se tratarem de fontes de energia. Os estudos acerca dessas fontes estão se intensificando, a fim de melhorar seus desempenhos e suas aplicações para as condições atuais de desenvolvimento pelo mundo. Uma dessas tecnologias que utilizam como fonte a energia solar, desenvolvida nos últimos 30 anos, é o coletor híbrido térmico fotovoltaico. Esse coletor converte a energia proveniente da radiação solar em energia térmica e elétrica, simultaneamente, com a superposição de um módulo fotovoltaico a um coletor solar de placa plana, podendo ser promissor no progresso de novas tecnologias. Um coletor híbrido térmico fotovoltaico tem sua eficiência térmica menor que um coletor térmico convencional, decorrente de uma maior perda de calor para o meio, pois, em geral, o coletor não tem proteção contra o vento, como a cobertura transparente em um coletor convencional. A eficiência elétrica desses coletores híbridos é maior quando comparada a um sistema fotovoltaico convencional, pois há um resfriamento devido à passagem do fluido na parte posterior desses módulos. Para uma avaliação dessas eficiências, no presente trabalho, foram instalados três tipos de tecnologias que utilizam a energia solar como fonte, (um módulo fotovoltaico, um coletor híbrido térmico fotovoltaico e um coletor solar de placa plana) a fim de comparar os resultados de seus rendimentos, separadamente, atribuindo as mesmas condições meteorológicas em todos eles. A eficiência térmica máxima do coletor híbrido térmico fotovoltaico teve seu valor 3 vezes menor que o do coletor de placa plana utilizado. Já a eficiência elétrica de cada módulo teve um aumento de 5,5% comparando a diferença de energia elétrica gerada ao longo de um ano. Com esses resultados, pode-se dizer que melhorias na parte térmica do coletor híbrido térmico fotovoltaico poderiam ser feitas, de forma a aumentar seu desempenho térmico sem comprometer o rendimento das suas células fotovoltaicas. / The use of solar energy for thermal application and production of electric energy is becoming more important, because it is a form of clean and renewable energy. The studies of these sources are intensifying to improve the performance of these technologies and their applications for the current conditions of the development around the world. One of this technologies using as a source solar energy, developed in the last 30 years is the photovoltaic thermal hybrid solar collector. This collector simultaneously converts the solar radiation into thermal and electrical energy, with the superposition of a photovoltaic module on a flat plate solar collector, may be promising in the progress of new technologies. That a photovoltaic thermal hybrid solar collector has a lower thermal efficiency than a conventional thermal collector, due a greater loss of heat to the environment, because in general the collector has no protection from the wind, as the transparent cover in a conventional collector. The electrical efficiency of these hybrid collectors is higher compared to a conventional photovoltaic, because their cells are cooled by the water passing in the back of the photovoltaic plate. For an evaluation of efficiencies, it were installed three types of technologies that use solar energy as energy source (a photovoltaic module, a thermal hybrid collector and a flat plate solar collector) to separately compare the results of their performance, exposing them all of the same meteorological conditions. The maximum thermal efficiency of the photovoltaic thermal hybrid solar collector was determined being three times lower value than the flat plate collector one. The electrical efficiency of each module was increased by 5.5 % comparing the difference of the electrical energy generated over a whole year. These results indicate that improvements in the thermal part of the photovoltaic thermal hybrid solar collector could be made, increasing the thermal performance without compromise their solar cells efficiency.

As ferramentas computacionais utilizadas em diferentes áreas de pesquisa têm como vantagem sobre análises e ensaios reais a possibilidade de analisar sistemas em diferentes condições de forma mais ágil e com menor consumo de tempo e recursos. A modelagem óptica de dispositivos fotovoltaicos é bastante difundida. Existem diferentes trabalhos na área, com diferentes escopos e graus de detalhamento, que permitem a análise e melhor compreensão das diferentes etapas da conversão da radiação em energia elétrica, expandindo as possibilidades de otimização. No presente trabalho foi desenvolvida, em uma etapa inicial, uma metodologia computacional para análise óptica de módulos fotovoltaicos, para então, em uma segunda etapa, serem realizados estudos do desempenho de diferentes materiais inseridos no conjunto de camadas que compõe os módulos, através da metodologia. O modelo óptico que embasa o método tem como foco os módulos de silício monocristalino. Esses módulos agregam de três a quatro camadas transparentes sobre as células fotovoltaicas. Ao incidir nesse conjunto de camadas radiação é submetida a diferentes eventos de extinção, como função do comprimento de onda da radiação e ângulo de incidência, que devem ser previstos em um modelo de forma a obter-se resultados válidos de transmissividade. A metodologia propõe a realização de uma análise aprofundada dos fenômenos ópticos que ocorrem mediante a incidência de radiação em um módulo fotovoltaico de modo a auxiliar na análise da adequação e desempenho de diferentes materiais ao sistema óptico formado. A otimização da transmissão de radiação em um módulo fotovoltaico tem uma influência direta e significativa sobre a eficiência de tais dispositivos, justificando sua importância. A validação do modelo foi realizada através da literatura, em partes, e apresentou coerência com os resultados de referência. Foram produzidos na segunda etapa estudos de desempenho de materiais ou propriedades isoladamente. No primeiro estudo foram analisados três materiais para aplicação como filme de passivação sobre a célula, sendo eles Si3N4, SiO2, e TiO2; o filme de Si3N4 apresentou o melhor desempenho. O segundo estudo, de avaliação da influência do índice de refração do encapsulante na transmissividade do sistema, demonstrou que a variação desse parâmetro tem muito pouca influência. No terceiro estudo foi analisado o potencial dos materiais PDMS e TiO2 como filmes anti-reflexo sobre vidro. O PDMS gerou melhores resultados de transmissividade. Por fim um estudo de desempenho de um conjunto de materiais frente à mudança do espectro incidente foi realizado. Foi utilizado até então o espectro de referência, que foi então comparado a um espectro médio de um dia de equinócio da cidade de Porto Alegre. O desempenho do sistema foi em torno de 3% inferior em incidência normal. / Computational tools raise the possibility of studying and understanding systems under different conditions in a faster and less resource and time consuming way. The optical modeling of photovoltaic devices is a very developed issue, and paperworks and projects in different scopes e levels of detail were produced, providing a better understanding of the different steps of converting light into electricity, expanding optimization possibilities. For this project a computational methodology was developed, as an initial step, for the optical assessment of the transmission of radiation in photovoltaic modules. In a second step, studies were performed using the method as a tool for analyzing the system formed by the layers covering the cells embedded in modules. The optical model describes monocristalline silicon modules, which are constituted by three to four layers covering the cell. Once it penetrates the set of layers, incident light suffers different extinction phenomena, which are predicted in this model in order to generate valid results. It’s a function of wavelength and incidence angle of the incoming radiation. The model presented aims to deeply analyse and understand the optical phenomena light undergoes through its way from the external environment to the interior of the cell, supporting the process of observing the performance and adequacy of different materials as the referred layers. Optimizing transmission of radiation in a photovoltaic device plays a main role in increasing the efficiency of the energy conversion process, which is why it’s so important. The model was validated by literature in parts, and showed coherence within reference results. Studies were produced in a second step of this work, using the method, concerning optical issues, for the thin film on top of the cell, the refractive index of the encapsulating material, and the optical effect of coating the outer glass surface. In the first study Si3N4, SiO2 and TiO2 were analyzed; the Si3N4 film produced the best results. The second study, concerning encapsulant’s refractive index, demonstrates this parameter has a very weak influence in the system’s transmission. The third one observed the performance of two materials, PDMS and TiO2, as AR coating,. The PDMS film produced a better effect. At last, the best performance set of layers was analyzed under a representative spectral distribution of an equinox day of the city of Porto Alegre, considering so far it was used the standard. The transmission suffered a slight decrease, around 3%.

Os aproveitamentos de energia solar em aplicações térmicas ou para a produção de energia elétrica são cada vez mais importantes, por se tratarem de fontes de energia. Os estudos acerca dessas fontes estão se intensificando, a fim de melhorar seus desempenhos e suas aplicações para as condições atuais de desenvolvimento pelo mundo. Uma dessas tecnologias que utilizam como fonte a energia solar, desenvolvida nos últimos 30 anos, é o coletor híbrido térmico fotovoltaico. Esse coletor converte a energia proveniente da radiação solar em energia térmica e elétrica, simultaneamente, com a superposição de um módulo fotovoltaico a um coletor solar de placa plana, podendo ser promissor no progresso de novas tecnologias. Um coletor híbrido térmico fotovoltaico tem sua eficiência térmica menor que um coletor térmico convencional, decorrente de uma maior perda de calor para o meio, pois, em geral, o coletor não tem proteção contra o vento, como a cobertura transparente em um coletor convencional. A eficiência elétrica desses coletores híbridos é maior quando comparada a um sistema fotovoltaico convencional, pois há um resfriamento devido à passagem do fluido na parte posterior desses módulos. Para uma avaliação dessas eficiências, no presente trabalho, foram instalados três tipos de tecnologias que utilizam a energia solar como fonte, (um módulo fotovoltaico, um coletor híbrido térmico fotovoltaico e um coletor solar de placa plana) a fim de comparar os resultados de seus rendimentos, separadamente, atribuindo as mesmas condições meteorológicas em todos eles. A eficiência térmica máxima do coletor híbrido térmico fotovoltaico teve seu valor 3 vezes menor que o do coletor de placa plana utilizado. Já a eficiência elétrica de cada módulo teve um aumento de 5,5% comparando a diferença de energia elétrica gerada ao longo de um ano. Com esses resultados, pode-se dizer que melhorias na parte térmica do coletor híbrido térmico fotovoltaico poderiam ser feitas, de forma a aumentar seu desempenho térmico sem comprometer o rendimento das suas células fotovoltaicas. / The use of solar energy for thermal application and production of electric energy is becoming more important, because it is a form of clean and renewable energy. The studies of these sources are intensifying to improve the performance of these technologies and their applications for the current conditions of the development around the world. One of this technologies using as a source solar energy, developed in the last 30 years is the photovoltaic thermal hybrid solar collector. This collector simultaneously converts the solar radiation into thermal and electrical energy, with the superposition of a photovoltaic module on a flat plate solar collector, may be promising in the progress of new technologies. That a photovoltaic thermal hybrid solar collector has a lower thermal efficiency than a conventional thermal collector, due a greater loss of heat to the environment, because in general the collector has no protection from the wind, as the transparent cover in a conventional collector. The electrical efficiency of these hybrid collectors is higher compared to a conventional photovoltaic, because their cells are cooled by the water passing in the back of the photovoltaic plate. For an evaluation of efficiencies, it were installed three types of technologies that use solar energy as energy source (a photovoltaic module, a thermal hybrid collector and a flat plate solar collector) to separately compare the results of their performance, exposing them all of the same meteorological conditions. The maximum thermal efficiency of the photovoltaic thermal hybrid solar collector was determined being three times lower value than the flat plate collector one. The electrical efficiency of each module was increased by 5.5 % comparing the difference of the electrical energy generated over a whole year. These results indicate that improvements in the thermal part of the photovoltaic thermal hybrid solar collector could be made, increasing the thermal performance without compromise their solar cells efficiency.

As ferramentas computacionais utilizadas em diferentes áreas de pesquisa têm como vantagem sobre análises e ensaios reais a possibilidade de analisar sistemas em diferentes condições de forma mais ágil e com menor consumo de tempo e recursos. A modelagem óptica de dispositivos fotovoltaicos é bastante difundida. Existem diferentes trabalhos na área, com diferentes escopos e graus de detalhamento, que permitem a análise e melhor compreensão das diferentes etapas da conversão da radiação em energia elétrica, expandindo as possibilidades de otimização. No presente trabalho foi desenvolvida, em uma etapa inicial, uma metodologia computacional para análise óptica de módulos fotovoltaicos, para então, em uma segunda etapa, serem realizados estudos do desempenho de diferentes materiais inseridos no conjunto de camadas que compõe os módulos, através da metodologia. O modelo óptico que embasa o método tem como foco os módulos de silício monocristalino. Esses módulos agregam de três a quatro camadas transparentes sobre as células fotovoltaicas. Ao incidir nesse conjunto de camadas radiação é submetida a diferentes eventos de extinção, como função do comprimento de onda da radiação e ângulo de incidência, que devem ser previstos em um modelo de forma a obter-se resultados válidos de transmissividade. A metodologia propõe a realização de uma análise aprofundada dos fenômenos ópticos que ocorrem mediante a incidência de radiação em um módulo fotovoltaico de modo a auxiliar na análise da adequação e desempenho de diferentes materiais ao sistema óptico formado. A otimização da transmissão de radiação em um módulo fotovoltaico tem uma influência direta e significativa sobre a eficiência de tais dispositivos, justificando sua importância. A validação do modelo foi realizada através da literatura, em partes, e apresentou coerência com os resultados de referência. Foram produzidos na segunda etapa estudos de desempenho de materiais ou propriedades isoladamente. No primeiro estudo foram analisados três materiais para aplicação como filme de passivação sobre a célula, sendo eles Si3N4, SiO2, e TiO2; o filme de Si3N4 apresentou o melhor desempenho. O segundo estudo, de avaliação da influência do índice de refração do encapsulante na transmissividade do sistema, demonstrou que a variação desse parâmetro tem muito pouca influência. No terceiro estudo foi analisado o potencial dos materiais PDMS e TiO2 como filmes anti-reflexo sobre vidro. O PDMS gerou melhores resultados de transmissividade. Por fim um estudo de desempenho de um conjunto de materiais frente à mudança do espectro incidente foi realizado. Foi utilizado até então o espectro de referência, que foi então comparado a um espectro médio de um dia de equinócio da cidade de Porto Alegre. O desempenho do sistema foi em torno de 3% inferior em incidência normal. / Computational tools raise the possibility of studying and understanding systems under different conditions in a faster and less resource and time consuming way. The optical modeling of photovoltaic devices is a very developed issue, and paperworks and projects in different scopes e levels of detail were produced, providing a better understanding of the different steps of converting light into electricity, expanding optimization possibilities. For this project a computational methodology was developed, as an initial step, for the optical assessment of the transmission of radiation in photovoltaic modules. In a second step, studies were performed using the method as a tool for analyzing the system formed by the layers covering the cells embedded in modules. The optical model describes monocristalline silicon modules, which are constituted by three to four layers covering the cell. Once it penetrates the set of layers, incident light suffers different extinction phenomena, which are predicted in this model in order to generate valid results. It’s a function of wavelength and incidence angle of the incoming radiation. The model presented aims to deeply analyse and understand the optical phenomena light undergoes through its way from the external environment to the interior of the cell, supporting the process of observing the performance and adequacy of different materials as the referred layers. Optimizing transmission of radiation in a photovoltaic device plays a main role in increasing the efficiency of the energy conversion process, which is why it’s so important. The model was validated by literature in parts, and showed coherence within reference results. Studies were produced in a second step of this work, using the method, concerning optical issues, for the thin film on top of the cell, the refractive index of the encapsulating material, and the optical effect of coating the outer glass surface. In the first study Si3N4, SiO2 and TiO2 were analyzed; the Si3N4 film produced the best results. The second study, concerning encapsulant’s refractive index, demonstrates this parameter has a very weak influence in the system’s transmission. The third one observed the performance of two materials, PDMS and TiO2, as AR coating,. The PDMS film produced a better effect. At last, the best performance set of layers was analyzed under a representative spectral distribution of an equinox day of the city of Porto Alegre, considering so far it was used the standard. The transmission suffered a slight decrease, around 3%.

O objetivo principal deste trabalho é avaliar a efetividade da previsão de geração de energia elétrica realizada por meio de simulação de um sistema fotovoltaico integrado por módulos de diferentes características, dispostos em série e conectados à rede de distribuição, sem inversor. Para isto foi utilizado o programa Crearray, desenvolvido no Laboratório de Energia Solar da UFRGS, que permite determinar o ponto de polarização do arranjo e comparar com dados medidos experimentalmente. Foi montado um arranjo fotovoltaico integrado com módulos de diferentes características conectados à rede de distribuição por meio de um inversor. A curva característica de cada um dos módulos foi determinada por ensaio em um simulador. Os dados da curva permitiram determinar os parâmetros dos modelos utilizados no programa Crearray. Para avaliar o funcionamento do programa os dados de tensão em corrente contínua foram inseridos no software e as respectivas correntes foram calculadas. Os valores de corrente calculados e os valores medidos mostraram a eficiência do programa em calcular a curva característica para diferentes condições de irradiância e de temperatura. Utilizando o mesmo programa encontrou-se o ponto de polarização do arranjo ao longo do tempo para o ponto de máxima potência e, desta forma, também a corrente e a potência máxima do lado de corrente contínua do sistema. Na comparação desta potência máxima teórica com a potência efetivamente medida no lado de corrente contínua do sistema, pôde-se constatar que nem sempre o inversor consegue determinar a tensão exata para estabelecer a potência máxima. Na comparação dos dados medidos e simulados observa-se concordância. Da comparação dos valores em horários sem interferência de sombras, foi obtida uma medição da eficiência do seguidor de máxima potência do inversor, em modo dinâmico. Observando os dados adquiridos também foi estimada a eficiência dinâmica de conversão do inversor para um dia. / The main objective of this dissertation is to confirm the forecast of electricity production through the simulation of a photovoltaic system. Such system is composed by modules with different characteristics, arranged in series and connected to the distribution network. The simulation was performed with the help of Crearray, a computer program developed at the Solar Energy Laboratory of UFRGS, which determines the bias point of the array and compares it with experimentally measured data. A photovoltaic array, constituted by modules with different characteristics, was assembled and connected to the distribution network through an inverter. The characteristic curve of each module was previously determined in a solar simulator test. The curve data was used to evaluate the parameters of the curve models used by Crearray software. To verify the correct operation of the program, the DC voltage data was entered to the software and the related current was calculated. The comparison between calculated and measured current values showed the Crearray ability to calculate the characteristic curve for different conditions of irradiance and temperature. Furthermore, the program was used to calculate the maximum power point of the array along the time and thus the delivered DC power. Comparing this theoretical maximum power with the power actually measured at the DC side of the system, it was verified that the inverter sometimes was not able to determine the correct bias voltage to extract the maximum power. Comparison of measured and simulated data showed an excellent concordance, except for certain times when there was shading on the reference cell. Comparing the values over periods without the interference of shadows, it was possible to estimate the MPPT efficiency of the inverter under dynamic mode. Analyzing the acquired data was also possible to estimate the inverter dynamic conversion efficiency for a day.

O objetivo principal deste trabalho é avaliar a efetividade da previsão de geração de energia elétrica realizada por meio de simulação de um sistema fotovoltaico integrado por módulos de diferentes características, dispostos em série e conectados à rede de distribuição, sem inversor. Para isto foi utilizado o programa Crearray, desenvolvido no Laboratório de Energia Solar da UFRGS, que permite determinar o ponto de polarização do arranjo e comparar com dados medidos experimentalmente. Foi montado um arranjo fotovoltaico integrado com módulos de diferentes características conectados à rede de distribuição por meio de um inversor. A curva característica de cada um dos módulos foi determinada por ensaio em um simulador. Os dados da curva permitiram determinar os parâmetros dos modelos utilizados no programa Crearray. Para avaliar o funcionamento do programa os dados de tensão em corrente contínua foram inseridos no software e as respectivas correntes foram calculadas. Os valores de corrente calculados e os valores medidos mostraram a eficiência do programa em calcular a curva característica para diferentes condições de irradiância e de temperatura. Utilizando o mesmo programa encontrou-se o ponto de polarização do arranjo ao longo do tempo para o ponto de máxima potência e, desta forma, também a corrente e a potência máxima do lado de corrente contínua do sistema. Na comparação desta potência máxima teórica com a potência efetivamente medida no lado de corrente contínua do sistema, pôde-se constatar que nem sempre o inversor consegue determinar a tensão exata para estabelecer a potência máxima. Na comparação dos dados medidos e simulados observa-se concordância. Da comparação dos valores em horários sem interferência de sombras, foi obtida uma medição da eficiência do seguidor de máxima potência do inversor, em modo dinâmico. Observando os dados adquiridos também foi estimada a eficiência dinâmica de conversão do inversor para um dia. / The main objective of this dissertation is to confirm the forecast of electricity production through the simulation of a photovoltaic system. Such system is composed by modules with different characteristics, arranged in series and connected to the distribution network. The simulation was performed with the help of Crearray, a computer program developed at the Solar Energy Laboratory of UFRGS, which determines the bias point of the array and compares it with experimentally measured data. A photovoltaic array, constituted by modules with different characteristics, was assembled and connected to the distribution network through an inverter. The characteristic curve of each module was previously determined in a solar simulator test. The curve data was used to evaluate the parameters of the curve models used by Crearray software. To verify the correct operation of the program, the DC voltage data was entered to the software and the related current was calculated. The comparison between calculated and measured current values showed the Crearray ability to calculate the characteristic curve for different conditions of irradiance and temperature. Furthermore, the program was used to calculate the maximum power point of the array along the time and thus the delivered DC power. Comparing this theoretical maximum power with the power actually measured at the DC side of the system, it was verified that the inverter sometimes was not able to determine the correct bias voltage to extract the maximum power. Comparison of measured and simulated data showed an excellent concordance, except for certain times when there was shading on the reference cell. Comparing the values over periods without the interference of shadows, it was possible to estimate the MPPT efficiency of the inverter under dynamic mode. Analyzing the acquired data was also possible to estimate the inverter dynamic conversion efficiency for a day.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Resumo: Considerando o atual crescimento dos sistemas baseados em fontes de energia renováveis para a Geração Distribuída (GD), novas estruturas de potência estão sendo desenvolvidas para os sistemas de conversão. O presente estudo propõe a utilização do Inversor Integrado Cuk para o processamento da energia solar fotovoltaica proveniente de um conjunto de módulos fotovoltaicos. Este inversor é o resultado da integração de um conversor Cuk e um inversor de ponte completa, sendo capaz de realizar as funções de elevação e redução de tensão, e a função de converter a corrente continua em alternada, possuindo um grande potencial para a obtenção de uma estrutura de potência de reduzido volume e alto rendimento, garantindo uma baixa distorção harmônica da corrente injetada à rede. Neste trabalho de dissertação são apresentadas as análises quantitativa e qualitativa do inversor com o objetivo de mostrar em detalhes o seu funcionamento e apresentar as principais equações elétricas dos componentes reativos e semicondutores. Além disso, para a obtenção do modelo dinâmico em pequeno sinal do inversor, o método de média do circuito e modelagem média de interruptores é utilizado a fim de projetar os controladores do modo de controle adotado, o qual consiste em dois laços de corrente retroalimentados. Por outro lado, uma comparação das diferentes configurações de módulos fotovoltaicos conectados ao inversor é realizada através dos dados de simulação, a fim de obter a configuração com as melhores c... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Considering the current growth of the renewable energy sources-based systems for Distributed Generation (DG), new power structures are being developed for the conversion systems. The present study proposes the use of the Cuk Integrated Inverter for the processing of photovoltaic solar energy from a set of photovoltaic modules. This inverter is the result of the integration of a Cuk converter and a Full Bridge inverter, being able to perform the functions of raise and reduce voltage, and the function of converting the direct current (DC) to alternating current (AC), possessing a great potential for obtaining a power structure of reduced volume and high performance, guaranteeing a low harmonic distortion of the current injected into the electric grid. In this research work, the quantitative and qualitative analysis of the inverter are presented in order to show in detail its operation and present the main electrical equations of the reactive and semiconductor components. In addition, to obtain the dynamic model in small signal of the inverter, the method of Circuit Averaging and Averaged Switch Modeling is used in order to design the controllers of the adopted control mode, which consists of two feedback loops of current. On the other hand, a comparison of the different configurations of photovoltaic modules connected to the inverter is performed by simulation data, in order to obtain the configuration with the best performance characteristics of the system. The maximum power p... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-12-03T14:35:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_MonitoramentoDesempenhoDiferentes.pdf: 15054838 bytes, checksum: d6a7497d3b48178b1c87972630f37c93 (MD5) / Rejected by Albirene Aires (albireneufpa@gmail.com), reason: Favor incluir as palavras chave on 2014-12-05T11:47:49Z (GMT) / Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-12-09T11:49:51Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_MonitoramentoDesempenhoDiferentes.pdf: 15054838 bytes, checksum: d6a7497d3b48178b1c87972630f37c93 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-12-09T15:39:50Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_MonitoramentoDesempenhoDiferentes.pdf: 15054838 bytes, checksum: d6a7497d3b48178b1c87972630f37c93 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-09T15:39:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_MonitoramentoDesempenhoDiferentes.pdf: 15054838 bytes, checksum: d6a7497d3b48178b1c87972630f37c93 (MD5) Previous issue date: 2014 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este trabalho consiste na avaliação experimental de 13 módulos fotovoltaicos de 5 diferentes tecnologias. Para isso foi instalado na área externa do laboratório do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas na Universidade Federal do Pará um campo de testes para medição de módulos a sol real, com os testes realizados no período de 21/10/12 a 30/08/2013. Essas medições possibilitaram a aquisição das principais variáveis de interesse nessa aplicação que são: irradiação solar, temperatura da parte posterior dos módulos, tensão e corrente elétrica e curva IV. A partir dessas medições foram calculados parâmetros como eficiência, desempenho global, produtividade, entre outros. Essas grandezas determinam as cacterísticas de geração dos módulos fotovoltaicos e são fundamentais para se entender seu funcionamento, sendo elas apresentadas detalhadamente na forma gráfica ao longo deste trabalho. Além dos dados experimentais, o estudo traz como contribuição um panorama geral sobre o estado da arte de módulos fotovoltaicos, experiências adquiridas durante o período de monitoramento, características do sistema de aquisição de dados desenvolvido e uma análise da influência de sombreamento no desempenho dos módulos fotovoltaicos. / This work consists in an experimental analysis of 13 photovoltaic modules and 5 different technologies. For this, a test field for module measurement under real sun conditions was installed in the outdoor area of the Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas at the Universidade Federal do Pará, being the tests realized in the period between 21/10/2013 to 30/08/2013. Those measurements allowed the acquisition of the principal variables of interest of this kind of applicattion, which are: solar radiation, module temperature, module’s voltage, current and IV curve. With the obtained data was possible to evaluate the most important photovoltaic parameters such as efficiency, performance ration, productivity, among others. These quantities determine the generation characteristics of this kind of equipment and are very important to understand its operation; these quantities are presented in detail in graphical format throughout the text. In addition, this study brings other contributions, like the description of the system developed for the data processing, the experiences during the monitoring period, an overview of the state of art for photovoltaic modules and an analysis of the shading influence on the photovoltaic module’s performance.

Given the scenarios of increasing world population, the concentration of CO2, fuel costs, global consumption of energy and climate change, there was a need to search for alternative energy sources. In this context, solar photovoltaic, the result of research and investments over the past five decades, had a great impact in the last decade, recording a significant increase in the production of photovoltaic cells and modules and installations of photovoltaic systems worldwide. One of the goals of this work was to study the behavior of PV modules by partial shading situations in different conditions of temperature and solar radiation. Within this partial shading scenario that impacts virtually all electrical parameters of a module, the study and calculation of the series resistance of the modules was done in conditions of partial shading proposals to verify the relationship between the value of the series resistance and the state of shading partial, allowing identification of a possible state of shading from monitoring the resistance series. Another objective of this work was to apply Artificial Intelligence (AI) resources in the form of Artificial Neural Networks (ANN) to, after the proper training and learning of ANN from the database collected in the field under conditions of partial shade, they can identify the parameters of the PV modules within the various conditions of partial shading proposals. To pursue the objectives of this work four photovoltaic modules were used, two with 40 W nominal power with over fifteen years of manufacturing, assigned by the Instituto Federal de Goiás (IFGoiano) Urutaí Campus, at the city of Urutaí-GO and two new without any use of 75 W nominal power assigned by the Center for Research on Alternative Energy Sources, School of Electrical Engineering, Universidade Federal de Uberlândia (UFU). / Diante dos cenários de aumento da população mundial, da concentração de CO2 ,dos custos dos combustíveis, do consumo mundial de energia e das alterações climáticas, surgiu a necessidade de se buscar por fontes de energias alternativas. Neste contexto, a energia solar fotovoltaica, fruto de investigações e investimentos realizados nas últimas cinco décadas, teve um grande impacto na última década, registrando um aumento significativo na produção de células e módulos fotovoltaicos e instalações de sistemas fotovoltaicos no mundo todo. Um dos objetivos deste trabalho foi estudar o comportamento de módulos fotovoltaicos mediante situações de sombreamento parcial em diferentes condições de temperatura e radiação solar. Dentro deste cenário de sombreamento parcial que causa impacto praticamente em todos os parâmetros elétricos de um módulo, foi feito o estudo e cálculo da resistência série dos módulos nas condições de sombreamento parcial propostas para verificar a relação entre o valor da resistência série e o estado de sombreamento parcial, possibilitando uma possível identificação do estado de sombreamento a partir do monitoramento da resistência série. Outro objetivo deste trabalho foi aplicar recursos de Inteligência Artificial (IA) na modalidade de Redes Neurais Artificiais (RNAs) para, após o devido treinamento e aprendizado das RNAs a partir do banco de dados colhidos em campo sob condições de sombreamento parcial, elas poderem identificar os parâmetros do módulo fotovoltaico dentro das diversas condições de sombreamento parcial propostas. Para a busca dos objetivos deste trabalho foram utilizados quatro módulos fotovoltaicos sendo dois de 40 W de potência nominal com mais de quinze anos de fabricação, cedidos pelo Instituto Federal Goiano (IFGoiano) Campus Urutaí, da cidade de Urutaí-GO e dois novos e sem uso, de 75 W de potência nominal cedidos pelo Núcleo de Pesquisa em Fontes Alternativas de Energia da Faculdade de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Uberlândia (UFU). / Mestre em Ciências