Este trabalho apresenta abordagens para a avaliação do fenômeno da Degradação Induzida pelo Potencial (PID do inglês Potential Induced Degradation) em módulos e instalações fotovoltaicas de c-Si. Nos ensaios em laboratório, a IEC TS 62804-1:2015 foi aplicada e ações adicionais são sugeridas como forma de adaptação da especificação técnica para o acompanhamento da degradação durante o ensaio e para melhor indicar a propensão do equipamento a se recuperar das consequências da aparição de PID. Nos ensaios em campo, avaliou-se a solução convencional do mercado de reverter a degradação através de circuitos anti-PID, além de apresentar a aplicação de técnicas de detecção do fenômeno em sistemas operacionais. A abordagem teórica e os resultados práticos mostram que o procedimento de aferição de tensões individuais de operação é um método útil para detectar PID. Os estudos de caso apresentados indicam que esta metodologia é eficaz inclusive na detecção precoce do fenômeno para diferentes topologias de células fotovoltaicas de c-Si. / This work presents approaches to assess the Potential Induced Degradation (PID) on c-Si photovoltaic modules and installations. The IEC TS 62804-1:2015 was applied to the laboratory tests and some additional actions are suggested. The adaptation of the technical specification aims to monitor the degradation rates during the tests and also to consider the capacity of the photovoltaic modules to recover from the degradation. In the field detection methodologies are presented and anti-PID circuits were also tested. The theoretical approach reveals that individual voltage measurements are useful to detect PID even in its early stage, as can be seen on the case studies presented.

As tecnologias usualmente aplicadas no mercado fotovoltaico mundial são, em sua maioria, voltadas aos painéis rígidos de células de silício cristalino, em função da redução de seus preços proporcionada pela economia de escala. No entanto, a crescente demanda no País de novos domicílios, principalmente de apartamentos, tem exigido soluções mais apropriadas: com menor ocupação de área horizontal e instaladas na fachada dos edifícios. Nesse sentido vão surgindo tecnologias fotovoltaicas como as de filmes finos como soluções mais apropriadas do que as emergentes de terceira geração, pelo fato dessas últimas ainda se encontrarem em fase de maturação técnica com poucas opções de fornecimento no mercado em nível comercial. Portanto, a abordagem desta dissertação se limitou às tecnologias de filmes finos e de vidros fotovoltaicos semi transparentes, além daquela mais usual que é a de silício cristalino. Contudo, o dinamismo do mercado mundial vem estimulando uma evolução no fator de desempenho dessas tecnologias, o que justificou a necessidade de uma revisão bibliográfica. Além disso, a maioria dos projetos fotovoltaicos vem adotando como base os painéis rígidos com células de silício cristalino, sem, no entanto, avaliarem alternativas com a aplicação de outras tecnologias. O que se nota é a falta de conhecimento mais profundo dos projetistas sobre as tecnologias de filmes finos e das melhores opções para sua aplicação em um edifício, no que tange ao seu desempenho e seu comportamento dentro do espectro de frequência. Assim, esta dissertação teve por objetivo contribuir com uma análise de desempenho energético com base em simulações para tomada de decisão técnica sobre as tecnologias mais adequadas de célula fotovoltaica para sistemas a serem instalados em fachadas de edifícios, auxiliadas por uma ferramenta computacional existente no mercado, o PVSYST. A tomada de decisão foi vista pela perspectiva de desempenho na geração de energia elétrica, pela análise comparativa dos resultados de simulações aplicadas na fachada de um edifício hipotético em São Paulo. Os resultados mostraram que as tecnologias baseadas no silício cristalino são as mais adequadas nos casos em que o pico de demanda de energia no ano seja no verão, como nos edifícios comerciais. Já os sistemas compostos pelos filmes finos do grupo do seleneto de índio e cobre são os mais indicados para os edifícios residenciais, em que o período de maior demanda é no inverno. / Technologies commonly applied in the global photovoltaic market are mostly with the rigid panels of crystalline silicon cells, due to the reduction of their prices provided by economies of scale. However, growing demand in the country of new housing units, mainly apartments, has required more appropriated solutions: with lower occupancy of horizontal area and installed on the building\'s facade. In this direction photovoltaic technologies are emerging such as thin films as better solutions than the emerging technologies of third generation, because still they are in technical maturation phase with few options of suppliers in the commercial market. Therefore, the approach of this dissertation was limited to technologies of thin films and semitransparent photovoltaic glazing, in addition to the more usual one that is crystalline silicon. However, the dynamism of the global market has stimulated an evolution in the performance factor of these technologies, which justified the necessity of literature review. Furthermore, most PV projects have been based on the rigid panels with crystalline silicon cells, not considering the alternatives using other technologies. What is noticed is the lack of deeper understanding of the designers about the thin film technologies and the best options for their application in a building, in terms of their performance and their behavior within the frequency spectrum. Thus, this work aimed to contribute to an energy performance analysis based on simulations for technical decision on the most appropriate photovoltaic cell technologies for systems to be installed on the facades of buildings, aided by an existing software tool on the market, PVSYST. Decision making was seen from the perspective of performance in electricity generation, by comparative analysis of simulations results applied on the facade of a hypothetical building in São Paulo. The results showed that the technologies based on crystalline silicon are the most appropriate in cases where energy demand peak in the year is in the summer, as in commercial buildings. On the other hand, the systems composed of the thin films based on indium and copper selenium group are the most suitable for residential buildings, where the period of greatest demand is in the winter.

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

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-10-02T16:52:04Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Avaliacaooperacionalefeitos.pdf: 5484311 bytes, checksum: 4583d84683ffeac9822ae43a1e1959f5 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-10-02T16:52:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Avaliacaooperacionalefeitos.pdf: 5484311 bytes, checksum: 4583d84683ffeac9822ae43a1e1959f5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-02T16:52:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Avaliacaooperacionalefeitos.pdf: 5484311 bytes, checksum: 4583d84683ffeac9822ae43a1e1959f5 (MD5) Previous issue date: 2018-06-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O tema qualidade de energia elétrica é amplamente pesquisado no meio científico.Diversos fenômenos que afetam a qualidade da energia, e suas consequências, têm sido investigados. Quando se trata de qualidade de energia envolvendo a operação de um sistema fotovoltaico conectado à rede, a preocupação principal é com a operação do inversor, equipamento esse responsável por fazer a interface do gerador fotovoltaico com a rede. A inserção da geração fotovoltaica na rede elétrica requer atenção acerca de certos fatores como a alteração da curva de carga de unidades consumidoras, bem como a elevação nos níveis de tensão, a presença de componentes harmônicas no sinal de corrente da saída do inversor e a variação do fator de potência da unidade consumidora. Este trabalho tem por objetivo realizar testes e avaliar alguns dos aspectos que podem influenciar a qualidade da energia com a inserção de geração fotovoltaica na rede de distribuição, mas também associado com o perfil de demanda do consumidor. Para isso utilizou-se quatro sistemas fotovoltaicos conectados à rede (SFCR), bem como foi montada uma bancada de testes e aquisição de dados para monitorar a operação desses sistemas. Neste trabalho é possível observar que a operação dos SFCR provoca alterações nos níveis de tensão no ponto de acoplamento comum, bem como a interação SFCR e carga causa alterações no perfil de demanda medido pela rede, implicando em uma distorção harmônica total na corrente (THDi) e FP medidos pelo lado da rede, diferentes dos medidos na carga e na saída do inversor. Observou-se que o SFCR pode contribuir tanto para o aumento como para a redução da THDi vista pela rede elétrica local, onde a maior contribuição para distorção harmônica na corrente entregue pela rede está atrelada ao perfil de demanda da carga. / Power quality has been widely researched. Several phenomena that affect power quality, and its consequences, have been investigated. When the power quality theme involves the operation of a grid-connected photovoltaic system, the main concern is about the operation of the inverter, which is responsible for the interface of the photovoltaic generator with the grid. The introduction of photovoltaic generation in the grid requires attention on certain factors such as changes in the load curve, voltage level, harmonic components in the inverter current and variation on the power factor (PF) of the costumer. This work aims to test and evaluate some aspects that may influence the power quality due to the insertion of photovoltaic generation in the grid, associated whit the load demand. Four grid-connected photovoltaic systems were used to develop this work, as well as a data acquisition bench that was set up to monitor the operation of these systems. In this work it is possible to conclude that the operation of photovoltaic systems causes changes in the voltage level at the point of common coupling. Also, the interaction between photovoltaic systems and loads causes changes in the load profile measured by the side of the grid, causing the total harmonic distortion in the current (THDi) and PF measured at this side to be different from those measured at the loads and photovoltaic sides. It is possible to observe that the grid-connected photovoltaic system can contribute to increase or reduce the THDi seen by the local grid, where the greatest contribution of harmonic distortion in the current delivered by the grid is associated to the demand profile of the load.

Esta tese propõe uma metodologia para avaliar o emprego de técnicas de seleção e conversão da radiação solar para aumentar a produção de energia elétrica de células fotovoltaicas. Foi feita uma revisão dos mecanismos fotovoltaicos para produção de energia elétrica e os entraves para aumentar sua eficiência, em especial os impactos da temperatura e da absorção do espectro solar. Uma metodologia foi criada para definir um filtro óptico ótimo a ser utilizado em uma região na presença ou não de conversão do espectro, através de simulações computacionais, que define a faixa do espectro solar que deve ser absorvida pela célula para se ter o melhor equilíbrio entre absorção e aquecimento. Um modelo matemático foi criado e implementado computacionalmente, para calcular a produção de energia de um módulo fotovoltaico, em uma dada região com ou sem a aplicação de técnicas de conversão e seleção da radiação solar. Através de um estudo de caso com dados da cidade de Petrolina, PE, Brasil, concluiu-se que o ganho esperado para utilização de um filtro óptico que reflete ondas de comprimento superiores a 1000 nm é cerca de 1% da energia gerada. Ensaios empíricos permitiram validar a metodologia proposta, comparando os dados reais com os dados teóricos obtidos pelas simulações do modelo matemático. Após a calibração do modelo matemático, verificou-se que os resultados de potência instantânea calculados com o modelo matemático variavam cerca de 5% tanto para o módulo com filtro quanto para o módulo sem filtro. Para contornar a restrição construtiva do filtro óptico e verificar outros ganhos possíveis são propostos experimentos com compostos de conversão de radiação solar associados com filtros ópticos para seleção da radiação solar. Com isto, espera-se aumentar significativamente a produção de energia elétrica de células fotovoltaicas de Silício cristalino. / This thesis proposes a methodology to evaluate the use of solar radiation selection and conversion techniques to increase the production of electric energy of photovoltaic solar cells. A review of the photovoltaic mechanisms for the production of electrical energy and the obstacles to increase its efficiency, especially the impacts of temperature and the absorption of the solar spectrum was done. A methodology was developed to define an optimal optical filter to be used in a region in the presence or not of solar spectrum conversion, through computational simulations, which defines the range of the solar radiation that must be absorbed by the cell in order to have the best balance between absorption and heating. A mathematical model was created and implemented computationally to calculate the energy production of a photovoltaic module in a given region with or without the application of solar radiation conversion and selection techniques. A case study with data from the city of Petrolina, PE, Brazil, concluded that the expected gain for the use of an optical filter that reflects wavelengths above 1000 nm is about 1% of the power generated. Empirical tests allowed validating the proposed methodology comparing the actual data with the theoretical data obtained by the simulations of the mathematical model. After calibration of the mathematical model, it was verified that the instantaneous power results calculated with the mathematical model vary about 5% for both the filter module and the unfiltered module. To avoid the constructive constraint of the optical filter and to verify other possible gains are proposed experiments with solar radiation conversion compounds associated with optical filters to select the solar radiation. With this, it is expected to significantly increase the electricity production of crystalline silicon photovoltaic cells.

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2018-03-27T12:32:47Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thaissa de Melo Cesar - 2018.pdf: 17977918 bytes, checksum: aef850db04513a76a546a025583e8e42 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-03-27T14:27:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thaissa de Melo Cesar - 2018.pdf: 17977918 bytes, checksum: aef850db04513a76a546a025583e8e42 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-27T14:27:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thaissa de Melo Cesar - 2018.pdf: 17977918 bytes, checksum: aef850db04513a76a546a025583e8e42 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-03-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work presents a study on the application of the wavelet transform in the monitoring and analysis of the power quality and in the detection of islanding conditions in distributed generation systems, addressing a grid connected photovoltaic system as a case study. Initially, an introduction about distributed generation systems, standards and requirements for operation was made. Next, the concepts and parameters related to electric power quality and islanding conditions are presented. Then a review of the wavelet transform is presented, showing the concept of multiresolution analysis and the main applications in the topic addressed. The wavelet transform is an important contribution to time-frequency localization methods for the analysis of transient signals. A multiresolution analysis was proposed through the discrete wavelet transform for voltage analysis at the common coupling point between the generation system and the electric grid. The standard deviation and the variation of the details coefficients of the wavelet transform were used for the detection and classification of disturbances. In the application of the method, pure sine-wave voltages with different types of disturbances were considered: voltage sag, voltage sweel, interruption, oscillatory transients and noise. And three cases of dynamic island detection were simulated with a grid connected photovoltaic system. The results obtained are presented and discussed for validation of the wavelet transform application in the analysis of grid connected photovoltaic systems. / Este trabalho apresenta um estudo sobre a aplicação da transformada wavelet no monitoramento e análise da qualidade da energia elétrica e na detecção de ilhamento em sistemas de geração distribuída, abordando como estudo de caso um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica. Inicialmente é feita uma introdução sobre os sistemas de geração distribuída, as normas e requisitos para operação. Em seguida são apresentados os conceitos e parâmetros relativos à qualidade de energia elétrica e condições de ilhamento. Depois é mostrada uma revisão da transformada wavelet, apresentando o conceito de análise multirresolução e as principais aplicações no tema abordado. A transformada wavelet é uma importante contribuição para métodos de localização tempo-frequência na análise de sinais transitórios. Foi proposta uma análise multirresolução através da transformada wavelet discreta para análise da tensão no ponto de acoplamento comum entre o sistema de geração e a rede. O desvio padrão e a variação dos coeficientes de detalhes da transformada foram utilizados para a detecção e a classificação dos distúrbios. Na aplicação do método, foram consideradas tensões senoidais puras e com diferentes tipos de distúrbios: afundamento, elevação, interrupção, transitórios oscilatórios e ruídos. E foram simulados três casos de detecção de ilhamento dinâmica em um sistema fotovoltaico conectado à rede. Os resultados obtidos validam a proposta de aplicação da transformada wavelet na análise de sistemas fotovoltaicos conectados à rede.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / With global need to reduce energy consumption, the search for more efficient technologies has become the focus of many studies. Among these technologies, it can mention the photovoltaic solar energy and LEDs, which have shown an expansion in recent decades. Photovoltaic generation is shown as an attractive energy source because it is renewable and its raw material is practically inexhaustible. While LEDs have a promising advance in lighting and is used in several applications. To integrate these technologies, this paper proposes the study of a DC-DC step-up switched-capacitor (SC) converter for LEDs applied to photovoltaic stand-alone systems. The proposed circuit differs from other topologies SC to insert an inductor in series with the input source, which can operate in discontinuous conduction mode (DCM), reducing losses switching, or continuous conduction mode (CCM), allowing the reduction of conduction losses in the circuit. The converter is driven by the frequency modulation, which is obtained as a function of input voltage. For this reason, the current in the LEDs can be stabilized without the need for sensor or feedback. The prototype developed in the laboratory was designed for a lamp of 54 W and operating at high frequency (up to 165 kHz), allowing the reduction of the circuit volume. Experimental results of the circuit in DCM and CCM show that the converter has a high yield, validating the proposal. / Tendo em vista a tendÃncia da reduÃÃo do consumo de energia no mundo, a busca por tecnologias mais eficientes tem se tornado o foco de muitos estudos. Dentre estas tecnologias, pode-se citar a energia solar fotovoltaica e os LEDs, que vem apresentando uma expansÃo nas ultimas dÃcadas. A geraÃÃo fotovoltaica se mostra como uma atrativa fonte de energia, por ser renovÃvel e sua matÃria-prima ser praticamente inesgotÃvel. Enquanto os LEDs apresentam um avanÃo promissor na iluminaÃÃo, sendo utilizado nas mais diversas aplicaÃÃes. Visando a integraÃÃo destas tecnologias, este trabalho propÃe o estudo de um conversor CC-CC elevador com capacitor comutado (Switched Capacitor - SC) para LEDs, aplicado a sistemas fotovoltaicos autÃnomos. O circuito proposto se difere de outras topologias SC por inserir um indutor em sÃrie com a fonte de entrada, o qual pode operar no modo de conduÃÃo descontÃnua (MCD), reduzindo as perdas por comutaÃÃo, ou no modo de conduÃÃo contÃnua (MCC), possibilitando a reduÃÃo das perdas por conduÃÃo do circuito. O conversor à acionado atravÃs da modulaÃÃo por frequÃncia, a qual à obtida em funÃÃo da tensÃo de entrada. Por este motivo, a corrente nos LEDs pode ser estabilizada sem a necessidade de sensores ou de realimentaÃÃo. O protÃtipo desenvolvido em laboratÃrio foi projetado para uma luminÃria de 54 W e operando em alta frequÃncia (atà 165 kHz), possibilitando a reduÃÃo do volume do circuito. Os resultados experimentais obtidos do circuito MCD e MCC sÃo analisados e validam a proposta, mostrando que o conversor apresenta rendimento elevado

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

This work presents a dynamic model for utility-scale PV systems. The model is based on a centralized converter topology, which uses a voltage-sourced converter (VSC) to facilitate the exchange of energy between PV generators and the utility grid. The related control system regulates active and reactive power injected by the PV system, based on a current control strategy. Moreover, the model includes a Maximum Power Point Tracking (MPPT) scheme, implemented with the incremental conductance method. Dimensioning of the model is presented as well as simulation cases to validate its performance. Subsequently, the model was used to analyze the effect of variations in solar radiation on a test network with high penetration of photovoltaic generation. Results showed that without proper compensation of reactive power, variations in solar radiation can cause voltage fluctuations outside allowable limits. Thus, in order to mitigate these fluctuations, local control strategies were implemented to allow the exchange of reactive power between the solar farm and the utility grid. Simulations showed that the proposed strategies can mitigate voltage fluctuations at the point of common coupling, improving voltage regulation in the network. / Este trabalho apresenta um modelo dinâmico de sistemas fotovoltaicos de grande escala. O modelo é baseado em uma topologia de conversor centralizado, que usa um conversor de fonte de tensão (VSC) para facilitar a troca de energia entre os geradores fotovoltaicos e a rede elétrica. O sistema de controle relacionado regula a energia ativa e reativa injetada pelo sistema fotovoltaico, com base em uma estratégia de controle de corrente. Além disso, o modelo inclui um sistema de rastreamento de ponto de potência máxima (MPPT), implementado com o método da condutância incremental. O dimensionamento do modelo é apresentado, bem como vários casos de simulação para validar o seu desempenho. Posteriormente, o modelo foi utilizado para analisar o efeito das variações na radiação solar sobre uma rede de teste com uma elevada penetração de geração fotovoltaica. Os resultados mostraram que sem uma adequada compensação de energia reativa, as variações na radiação solar podem causar flutuações de tensão fora dos limites permitidos. Assim, a fim de mitigar estas flutuações, estratégias de controle local foram implementadas para permitir a troca de potência reativa entre os sistemas fotovoltaicos e a rede. As simulações mostraram que as estratégias propostas podem mitigar as flutuações de tensão no ponto de acoplamento comum, melhorando a regulação de tensão na rede.

Esta tese propõe uma metodologia para avaliar o emprego de técnicas de seleção e conversão da radiação solar para aumentar a produção de energia elétrica de células fotovoltaicas. Foi feita uma revisão dos mecanismos fotovoltaicos para produção de energia elétrica e os entraves para aumentar sua eficiência, em especial os impactos da temperatura e da absorção do espectro solar. Uma metodologia foi criada para definir um filtro óptico ótimo a ser utilizado em uma região na presença ou não de conversão do espectro, através de simulações computacionais, que define a faixa do espectro solar que deve ser absorvida pela célula para se ter o melhor equilíbrio entre absorção e aquecimento. Um modelo matemático foi criado e implementado computacionalmente, para calcular a produção de energia de um módulo fotovoltaico, em uma dada região com ou sem a aplicação de técnicas de conversão e seleção da radiação solar. Através de um estudo de caso com dados da cidade de Petrolina, PE, Brasil, concluiu-se que o ganho esperado para utilização de um filtro óptico que reflete ondas de comprimento superiores a 1000 nm é cerca de 1% da energia gerada. Ensaios empíricos permitiram validar a metodologia proposta, comparando os dados reais com os dados teóricos obtidos pelas simulações do modelo matemático. Após a calibração do modelo matemático, verificou-se que os resultados de potência instantânea calculados com o modelo matemático variavam cerca de 5% tanto para o módulo com filtro quanto para o módulo sem filtro. Para contornar a restrição construtiva do filtro óptico e verificar outros ganhos possíveis são propostos experimentos com compostos de conversão de radiação solar associados com filtros ópticos para seleção da radiação solar. Com isto, espera-se aumentar significativamente a produção de energia elétrica de células fotovoltaicas de Silício cristalino. / This thesis proposes a methodology to evaluate the use of solar radiation selection and conversion techniques to increase the production of electric energy of photovoltaic solar cells. A review of the photovoltaic mechanisms for the production of electrical energy and the obstacles to increase its efficiency, especially the impacts of temperature and the absorption of the solar spectrum was done. A methodology was developed to define an optimal optical filter to be used in a region in the presence or not of solar spectrum conversion, through computational simulations, which defines the range of the solar radiation that must be absorbed by the cell in order to have the best balance between absorption and heating. A mathematical model was created and implemented computationally to calculate the energy production of a photovoltaic module in a given region with or without the application of solar radiation conversion and selection techniques. A case study with data from the city of Petrolina, PE, Brazil, concluded that the expected gain for the use of an optical filter that reflects wavelengths above 1000 nm is about 1% of the power generated. Empirical tests allowed validating the proposed methodology comparing the actual data with the theoretical data obtained by the simulations of the mathematical model. After calibration of the mathematical model, it was verified that the instantaneous power results calculated with the mathematical model vary about 5% for both the filter module and the unfiltered module. To avoid the constructive constraint of the optical filter and to verify other possible gains are proposed experiments with solar radiation conversion compounds associated with optical filters to select the solar radiation. With this, it is expected to significantly increase the electricity production of crystalline silicon photovoltaic cells.