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The design and implementation of a small-scale solar energy conversion system is presented in this thesis. The power circuit of the PV inverter is composed of a push-pull converter and a full-bridge inverter. The inverter converts DC power generated by photovoltaic cells into AC power. This design allows flexible arrangements of various solar cells modules. The systems can supply loads and feed excess power to the grid with unit power factor when operated under grid-connected mode, or supply loads exclusively by operating in the stand-alone mode. In grid-connected mode, it is controlled to follow the variations of solar panel insolation for achieving maximum power point tracking. A 150W prototype of the conversion system is implemented, simulation and experimental results are provided to verify the performance.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-01-21T10:10:35Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-01-21T10:10:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-01-21T10:10:35Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-01-21T10:10:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tendo em vista a Economia do Hidrogênio e sua infinidade de possibilidades, este trabalho estuda a geração de hidrogênio utilizando a energia solar fotovoltaica. Tendo em vista o consumo mundial de energia crescente, novos métodos de produção energética tem que ser levados em consideração, como o fato do hidrogênio ser um vetor energético de baixo impacto ambiental. Por outro lado, as reservas de combustíveis fósseis não serão capazes de satisfazer essa demanda em longo prazo e seu uso contínuo produz efeitos colaterais, como a poluição que ameaça a saúde humana e os gases de efeito estufa associados à mudança climática. No contexto do Brasil, a eletrólise da água combinada com as energias renováveis e células a combustível seriam uma boa base para melhorar o fornecimento de energia distribuída. Propõe-se, no presente trabalho, produzir hidrogênio por energia renovável, especificamente pelo acoplamento direto de um gerador fotovoltaico a um eletrolisador alcalino de água experimental, concebido localmente. Busca-se entender as características inerentes da interação desses dispositivos, encontrar as eficiências de cada etapa do sistema montado, assim como a eficiência global, adquirindo uma noção mais precisa e prática do uso da energia solar fotovoltaica na alimentação de um eletrolisador. Os resultados experimentais evidenciaram que a transferência da energia do gerador fotovoltaico ao eletrolisador depende fortemente das condições instantâneas climáticas e do modo como estes estão conectados. A interdependência entre variáveis foi reproduzida pelas investigações com destaque para: densidade de corrente no eletrolisador, potencial elétrico, irradiância solar, concentração do eletrólito, área do eletrodo e dimensões da célula eletrolítica. A eficiência do eletrolisador alcançada foi de 21%. A eficiência global (irradiância solar - hidrogênio) foi de 2%. O presente estudo dá subsídios para que seja dimensionado o acoplamento do sistema eletrolisador - gerador FV a partir de uma célula eletrolítica buscando-se minimizar perdas. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

[pt] O objetivo desta pesquisa de mestrado é comparar o desempenho de três modelos de simulação numérica (Duffie e Beckman, King et al. e Masters) sobre a capacidade de conversão fotovoltaica obtida em painéis, tomando o modelo de King et al. como base de referência já que este foi validado à luz de dados experimentais com grau de concordância (exatidão) entre 2,4 por cento a 5,4 por cento. As simulações fazem uso de dados oficiais (dados horários e dados médios mensais de radiação solar incidente, temperatura ambiente, velocidade de vento) disponibilizados pelo Instituto Nacional de Meteorologia do Brasil e de dados técnicos de desempenho do fabricante de painéis fotovoltaicos. A motivação para desenvolvimento do trabalho resulta da percepção da importância da energia solar fotovoltaica como estratégia de sua inclusão e diversificação da matriz energética brasileira. A metodologia proposta consiste em: (i) comparar o desempenho dos três modelos estudados e (ii) aplicar a metodologia de cálculo para avaliar o desempenho na conversão fotovoltaica nas condições solarimétricas favoráveis de onze cidades brasileiras, assim criando uma escala que possa ser utilizada para estabelecer um benchmark nacional. Os resultados revelaram que o modelo Duffie e Beckman reproduz os resultados de conversão fotovoltaica obtido pelo modelo King et al. com grau de concordância 2,4 por cento, enquanto a concordância com o modelo Masters ultrapassa a faixa de exatidão (7,4 por cento). Como conclusão, o uso de dados meteorológicos médios mensais mostraram-se eficazes para estimar a energia elétrica que resulta do processo de conversão fotovoltaica em substituição aos dados horários nem sempre disponíveis. / [en] The goal of this MSc. dissertation is to compare the performance of three classical models of numerical simulation (Duffie and Beckman, King et al. and Masters) to generate electricity from the photovoltaic conversion obtained in panels, taking the model of King et al. as a baseline since it was validated vis-àvis experimental data within 2.4 percent to 5.4 percent. The simulations make use of official data (solar hourly and monthly data of solar incident radiation, temperature, wind speed) provided by the National Institute of Meteorology of Brazil and of performance data provided by the manufacturer of the photovoltaic panel. The motivation for development of the work resulted from the perception of the importance of photovoltaic energy as a strategy for diversification of the Brazilian energy matrix. The proposed methodology (i) compares the performance of the three models studied and (ii) applies it for assessing the performance of the photovoltaic conversion in eleven Brazilian cities that exhibit favourable conditions for photovoltaic conversion, thus creating a scale that can be used to establish a national benchmark. The results revealed that the Duffie and Beckman model reproduces the results of the photovoltaic conversion model obtained by King et al. degree within 2.4 percent, while the agreement with the model of Masters over range accuracy (7.4 percent). In conclusion, the use of monthly averaged meteorological data proved to be effective for estimating the energy that results from the process of photovoltaic conversion when hourly data is not available.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / No presente trabalho, o desempenho energético e ambiental de potencias rotas de produção de hidrogênio gaseificação da biomassa via leito fixo (LFX) e leito fluidizado (LFL) e de energia solar fotovoltaica foram estudados com base na metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Após a revisão da literatura e a descrição dos procedimentos de análise, os resultados da ACV são apresentados e discutidos em termos de Demanda Acumulada de Energia (CED), Tempo de Retorno de Investimento em Energia (EPBT) e danos relacionados à Saúde Humana (SH), Qualidade do Ecossistema (QE) e Recursos Minerais e Combustíveis Fósseis (RMCF). No cômputo geral, o LFL é mais favorável para a produção de hidrogênio, embora os dois sistemas de gaseificação apresentem desempenho energético e ambiental similares. Comparativamente, o sistema fotovoltaico apresenta um EPBT maior (4,55 anos) do que os encontrados nos dois sistemas de conversão da biomassa (1,65 anos no LFL e 1,77 anos no LFX). Por outro lado, o sistema de energia solar fotovoltaico é o mais ambientalmente recomendável para a produção de hidrogênio, tendo em vista a menor contribuição em relação aos danos majoritários (saúde humana). Dentro do escopo do estudo, os sistemas avaliados apresentam mais características de complementaridade do que competição. Neste caso, enfatiza-se a importância de uma análise dos fatores econômicos e sociais pertinentes a cada país ou região, bem como dos processos posteriores de reforma e/ou purificação e eletrólise da água, considerando também o seu inteiro ciclo de vida. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

This work is focused to study organic materials for solar energy conversion into electricity and characterization of conversion processes. Materials and their blends with semiconducting properties such as photoconductivity were studied. Thin films of organic materials and their blends were prepared by spin-coating method and characterized by optical methods (UV-VIS and photoluminiscence spectroscopy), by current-voltage characteristics, by impedance spectroscopy method, spectral response measurement of photocurrent and method of transient photoconductivity. Structural factors influences the conversion of solar energy into electricity were observed. Based no these results, the materials and their blends useful for photovoltaic applications were determined. The dependence between photoconductivity of thin films and theirs structure was also discussed.

<p style="text-align: justify;">Rad se bavi problemom smanjenja proizvodnje<br />električne energije fotonaponske elektrane u<br />uslovima promenljivog zračenja. Predlaže se novi<br />metod analize rada u uslovima senčenja putem makro- i<br />mikrorekonfiguracije FN polja, koja povećava<br />proizvodnju električne energije.</p> / <p>The paper presents the problem of reducing electricity<br />production of PV power plant under variation of solar<br />radiation conditions. The author proposed a new method of<br />analysis PV power plant works under partial shading<br />condition trough micro- and macroconfiguration of PV array.</p>

Le principal objectif de ce travail de thèse était d’imaginer, de synthétiser et de caractériser de nouveaux chromophores «push-pull» pour finalement évaluer leurs propriétés photovoltaïques en cellules solaires à colorant. Deux approches distinctes ont été développées : i) la première consiste en l’élaboration de chromophores tout-organiques de type « push-pull » basés sur un motif électro-donneur carbazole à potentiel d’oxydation élevé. Ces nouveaux colorants ont été conçus dans le but d’être utilisés avec des électrolytes à potentiel standard supérieur à celui du couple rédox I-/I3- ; ii) la seconde approche est basée sur un nouveau concept de chromophores organométalliques de type ruthénium-acétylure. Ces chromophores ont été développés dans le but de combiner à la fois les propriétés avantageuses d’une structure de type « push-pull » et les transferts de charges (MLCT) impliquant le motif [Ru(dppe)2], également connu pour constituer un excellent relai électronique. / The aim of this PhD research work was to design, synthesize and characterize new push-pull chromophores and finally to determine their photovoltaic properties in dye-sensitized solar cells. Two different approaches were developed: i) the first one consists in the preparation of metal-free organic push-pull chromophores based on a carbazole electron-donor part presenting high oxidation potential. These new chromophores were designed in view of being used with electrolytes showing standard potential superior to that of I-/I3-; redox couple ii) the second approach is based on a new concept of ruthenium-diacetylide organometallic complex dyes. These chromophores were developed in order to combine the advantageous properties of a push-pull structure and the charge transfer processes (MLCT) due to the [Ru(dppe)2] metal fragment, also known as an excellent electron relay.