Orientador: Prof. Dr. Federico Bernardino Morante Trigoso / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Energia, 2014. / Neste trabalho se determinou a viabilidade do uso de sistemas de iluminação LED em sistemas fotovoltaicos domiciliários (SFD) instalados em áreas rurais, considerando parâmetros econômicos e luminotécnicos como iluminância, fluxo luminoso, consumo de energia e custos iniciais tanto dos SFD's como dos sistemas de iluminação LED. A análise da variação dos custos iniciais do sistema fotovoltaico foi realizada através de uma simulação realizada no programa Homer Energy. O uso deste programa permitiu determinar como se modificaria o dimensionamento dos SFD's e o consumo de energia com a inserção dos sistemas de iluminação LED. Deste trabalho se conclui que dependendo da perspectiva avaliada, custo inicial do sistema de iluminação LED ou custo e uso do excedente de energia gerado pela troca de tecnologia, seria viável ou não a inserção de sistemas de iluminação LED em SFD's. Já para a análise comparativo das características luminotécnicas entre os sistemas de iluminação LED e as lâmpadas CFL se utilizou o programa DIALux. Por outro lado, devido à falta de estudos que abordaram transversalmente os impactos ambientais e socioeconômicos gerados pelas lâmpadas CFL e LED se considerou importante identifica-los. Desta análise se conclui que estes impactos dependem de fatores como a localização geográfica, renda mensal e acesso à tecnologia, materiais de fabricação das lâmpadas entre outros. Além disso, deduz-se que os resultados apresentados nesta dissertação mudariam drasticamente se esta análise fosse realizada em áreas urbanas. / This work established the feasibility of using LED lighting systems for home-based photovoltaic systems (SFD) installed in rural areas, considering economic and lighting parameters as luminance, luminous flux, energy consumption and initial costs of both systems as SFD's LED lighting. The variation of the initial cost of the PV system was performed through a simulation in Homer Energy program. The use of this program has allowed to determine how to modify the design of SFD's power consumption with the inclusion of LED lighting systems. This work is concluded that depending on the perspective assessed, initial cost of LED lighting or cost and use of excess energy generated by the exchange of technology system would be viable or not the inclusion of LED lighting systems in SFD's. As for the comparative analysis of lighting characteristics of lighting systems LED and CFL lamps are used the DIALux program. Moreover, due to the lack of studies that have focused in the environmental and socioeconomic impacts generated by CFL and LED lamps was considered important to identify them. This analysis concludes that these impacts depend on factors such as geographic location, monthly income and access to technology, materials and other manufacturing lamps. Furthermore, it appears that the results presented in this thesis would change dramatically if this analysis were conducted in urban areas.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:36:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2570_1.pdf: 3284398 bytes, checksum: 3c6401d7832b0d8bdce327909ca35c12 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Devido aos avanços tecnológicos, a sociedade vem consumindo mais energia, fazendo com que os governantes tomem atitudes mais ativas no aumento do seu fornecimento. Mundialmente, o carvão mineral é o combustível mais consumido para a geração de energia. Porém, acordos entre alguns países estão fazendo com que essa energia tenha seu consumo reduzido devido ao prejuízo e ao meio ambiente. Com isso as fontes renováveis de energia vêm ganhando mais espaço na matriz energética. A fonte de energia mais consumida no Brasil é a hidráulica e a participação da energia solar ainda é bastante reduzida e limitada principalmente a eletrificação rural, onde não é viável a construção de linhas de transmissão para a baixa potência instalada. A energia solar fotovoltaica, devido ao seu avanço tecnológico, associado principalmente ao aumento do rendimento dos painéis fotovoltaicos, vem conquistando um grande espaço nessa nova matriz, fazendo com que alguns problemas de conexão à rede elétrica sejam resolvidos. O trabalho proposto visa eliminar as correntes de dispersão dos painéis fotovoltaicos, que aparecem se não houver isolação galvânica entre o sistema fotovoltaico e a rede elétrica. O controle é feito aplicando técnicas adequadas de modulação por largura de pulso, que são discutidas, simuladas e verificadas experimentalmente. A conversão da energia solar fotovoltaica é feita com um inversor multinível, garantindo que a tensão produzida nos painéis fotovoltaicos trabalhe próxima ao ponto ótimo de operação, extraindo grande parte da máxima potência possível dos painéis de acordo com as condições ambientais associadas

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:39:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6905_1.pdf: 3885661 bytes, checksum: fcd58f562637e148348d35d8394e2d26 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / O presente trabalho apresenta uma nova topologia para sistemas de geração fotovoltaicos conectados à rede elétrica. Essa nova topologia agrega funcionalidades adicionais aos sistemas fotovoltaicos buscando melhorar a qualidade da energia no ponto de instalação do sistema. São apresentados aspectos gerais sobre a geração fotovoltaica e dois dos principais métodos de rastreamento do ponto de máxima potência (Perturba e Observa e Condutância Incremental ) são estudados. Uma metodologia para definição dos parâmetros do método Condutância Incremental é definida. Duas teorias para determinação dos sinais de compensação de corrente e tensão são discutidas: a teoria de potência instantânea e a teoria baseada em um sistema de eixos dq ortogonais girando a velocidade síncrona. O modelo matemático completo do sistema é feito em referencial dq para elaboração das estratégias de controle. Resultados de simulação e experimentais do sistema são apresentados e discutidos

O objetivo desse estudo é analisar e sistematizar os elementos necessários à modelagem da energia primária solar para geração fotovoltaica em escala. Metodologicamente, investigam-se os assuntos inerentes à solarimetria e a caracterização da radiação solar, desde a formação das equações que definem a incidência da radiação no topo da atmosfera, o desenvolvimento tecnológico de radiômetros, até as normas e critérios de classificação desses equipamentos. Também são elementos metodológicos a caracterização do irradiância solar, incluindo algoritmos de tratamento de dados de irradiância, os processos de estimativa de irradiação para a agricultura e análises probabilísticas de índices de transmitância atmosférica. Busca-se a aplicação das etapas de caracterização e a análise do recurso, definidas neste estudo, por meio da utilização dos dados fornecidos por duas estações solarimétricas: ESUPP e ESPEL. Como resultados são definidos a média diária parcial anual de disponibilidade do recurso para uma região no interior do estado de São Paulo (localização da ESUPP) em 5,29 kWh/m² e a média diária anual de disponibilidade do recurso para a região metropolitana da cidade de São Paulo (localização da ESPEL) em 4,41 kWh/m², além disso verifica-se que a relação entre as componentes global horizontal, difusa horizontal e direta vertical varia para os dados das duas estações solarimétricas, de modo que, parte significativa dos dados da ESPEL apresenta medições de irradiância global horizontal (IGH) entre 12% e 13% superiores à respectiva componente difusa horizontal (IDH) somada a parcela vertical da respectiva componente direta normal (IDNcos?z), enquanto que, essa mesma relação para os dados da ESUPP atendem à relação IGH=IDH+IDNcos?z dentro do intervalo aceitável de mais ou menos 10%. Verifica-se também caráter trimodal das curvas de densidade de probabilidade do índice de transmitância da irradiância global para os dados da ESPEL, enquanto os dados da ESUPP refletem em curva de caráter bimodal. Assim é possível constatar a necessidade de definição de um modelo universal de previsibilidade do recurso e verifica-se que os insumos mais relevantes para o modelo podem variar de região para região dada a caracterização geográfica e de microclima. Conclui-se, portanto, a indiscutível necessidade de dados radiométricos confiáveis medidos em solo para avanços científicos, tecnológicos e comerciais do aproveitamento do recurso solar como fonte energética diante do atual contexto da busca por fontes alternativas de energia limpa e evidencia-se o grande caminho a ser percorrido para a consolidação de uma rede confiável, monitorada e amplificada de medições solarimétricas no Brasil e no mundo. / The purpose of this study is to analyze and to systematize the elements required for modeling primary solar energy for photovoltaic generation in large scale. Solarimetric subjects and subjects related to solar irradiance flux characterization, from the formation of the equations that define the incidence of radiation at the top of the atmosphere, the technologic development of radiometers and the rules and criteria for the classification of these measurement instruments, are methodologically investigated. The characterization of the irradiance flux, including irradiance data treatment algorithms, the irradiance estimate processes for agriculture, and the probability analyses of atmosphere transmittance indexes are also methodological elements. The steps of characterization and resource analysis defined in this study are applied, using data provided for two solarimetric stations: ESUPP and ESPEL. Results showed that the partial annual daily average for resource availability in the countryside of São Paulo State (ESUPP location), is 5.9 kWh/m², and the annual daily average for resource availability in the metropolitan area of São Paulo City (ESPEL location) is 4.41 kWh/m². Moreover, it was observed that the relation between the global horizontal, diffuse horizontal and direct vertical components varies between both solarimetric stations, such that a significant part of the ESPEL data shows global horizontal irradiance (GHI) between 12% and 13% above the respective diffuse horizontal irradiance (DHI) plus the vertical portion of the respective direct normal component (DNIcos?z), while the same relation for the ESUPP data attend the GHI=DHI+DNIcos?z relation within the acceptable range of 10%, give or take. ESPEL data presented trimodal characteristics for the probability density curves of the transmittance index for global irradiation, while ESUPP data reflect on the same curve, with bimodal characteristics. Therefore, it is possible to verify the need of the determination of a universal predictability model of the resource and it is possible to affirm that the more relevant inputs to the model can vary from region to region, depending on the geographic character and microclimate. In conclusion, there is an unquestionable need for reliable radiometric data, measured in ground, for scientific, technologic and commercial advances to improve the use of solar resource as energy source, considering the current scenario, which demands alternative sources for clean energy. It is also evident that there is still a long path to be tracked in order to consolidate a reliable, monitored and amplified network for solarimetric measurements in Brazil and in the world.

A geração de eletricidade fundamentada na complementariedade pelas fontes renováveis como a solar fotovoltaica distribuída, tem se tornado relevante e essencial para o fornecimento de energia elétrica no modelo atual das redes elétricas em ambientes urbanos. Porém, tendem a ser impactadas por diversos fatores, tais como sujidade, temperatura, degradação, ângulo de orientação e inclinação, bem como topografia do terreno e qualidade de fabricação do módulo. Somasse o sombreamento parcial de elementos do entorno, o qual é o principal fator que afeta a produtividade do sistema fotovoltaico. Esta tese tem como objetivo propor um método para posicionar módulos fotovoltaicos de maiores potências nominais nas regiões com maiores índices de irradiação da planta, para formar associações de módulos que iram operar em semelhantes condições de irradiação durante todo o ano e quantificar a influência da incompatibilidade elétrica devido as diferenças de fabricação dos módulos. Métodos tradicionais de simulação da estimativa de produção anual consideram módulos idênticos e não permitem importar arquivos flash test de cada módulo utilizado na planta fotovoltaica. O método proposto incluiu a análise de irradiação (sombreamento) global média diária anual de cada módulo e desenvolvimento de algoritmo em MATLAB para estudo da incompatibilidade elétrica e posicionamento. O método foi desenvolvido para um estudo de caso teórico de um estacionamento fotovoltaico com sombreamento parcial na cidade São Paulo, no qual o catálogo do módulo e os flash tests foram disponibilizados pelo fabricante. Os resultados do estudo mostram para uma associação série da planta, variação entre -1,4 e +1,2 Wp entre os valores máximos e mínimos da PMPP, indicando um desvio em relação ao valor médio de 0,57% e 0,48%, resultando uma queda da tolerância relativa à qualidade do módulo em comparação com os valores praticado nas simulações. Sendo obtida uma potência total média teórica de 5,922 kWp, enquanto que em uma ordenação aleatório teríamos uma potência total média teórica de 5,880 kWp, ou seja, -40,49 Wp (0,7%) inferior em comparação com a associação série na qual foi aplicado o algoritmo de ordenação. / The energy generation based on the complementary renewable sources as distributed photovoltaic solar energy, has become relevant and essential for current model of energy supply in the urban environment. However, tend to be impacted for several conditions whereby soiling, temperature, degradation, ground topology, orientation and tilt angle, manufacturing tolerances of photovoltaic module. In addition, the partial shading due to the surrounding elements, which is the main factor that decrease the yield of photovoltaic systems. The objective of this thesis is to propose a method to positioning the higher nominal power photovoltaic modules in the regions with higher homogeneous solar irradiance of the plant, to form a string of photovoltaic modules that will operate in a similar ambient condition during the whole year and quantify the influence of electrical mismatch due to small manufacturing differences. Traditional solar simulation tools not allow flash test dataset inputs, often modeled them as an identical devices to estimate the annual energy production. The method consists in identifying and quantifying the reduction of electrical mismatch tolerance, relating the irradiance (shading) on each photovoltaic module and propose a Matlab algorithm to study the electrical mismatch. The method was developed through a theoretical study case of a parking-integrated photovoltaic with partial shading simulated in São Paulo city for which module datasheets as well as flash test data are available. The results show that the percentage deviation of mismatch tolerance for a string of 24 modules when applied the sorting algorithm was reduced among 0.57% (1.4 Wp) and 0.48% (1.2 Wp), between the lowest and highest value of the average nominal maximum power of 245 Wp, when compared with randomly ordered of ± 2.5% (± 6 Wp). In terms of energy production for the string, these values represents an average theoretical nominal power of 5.922 kWp for sorting algorithm and 5.880 kWp considering the random ordered, which represents a PV string energy production of -40.49 Wp (0.7%) lower without the method proposed.

Esta tese tem como objetivo analisar as políticas públicas de universalização do atendimento de eletricidade, por meio de sistemas fotovoltaicos, em algumas comunidades isoladas e propor procedimentos de aprimoramento. A pesquisa de campo foi baseada em dados qualitativos através de estudo de caso. O trabalho deu-se em três comunidades tradicionais de Ilhabela-SP, onde cem domicílios receberam sistemas capazes de fornecer 30 kWh mensais - SIGFI 30 -, em 2012. cujo financiamento foi pelo Programa Luz para Todos. Foram identificados aspectos facilitadores e barreiras para a adoção dos sistemas fotovoltaicos nessas comunidades. São apresentadas proposições para aprimoramento. O trabalho conclui que nas comunidades de Ilhabela não foi ainda garantida a consecução plena dos objetivos da política pública de poder suprir as necessidades básicas de iluminação, comunicação e refrigeração, notadamente, porque não havia geladeiras; os sistemas fotovoltaicos e a luz elétrica foram muito bem recebidos e foi constatada melhoria da qualidade de vida. / This thesis aims at analyzing public policy of electricity service universalization, by means of photovoltaic systems, in some isolated communities, as well as suggesting improvement procedures. The field research was based on qualitative data collected through case study. The work was performed in three traditional communities in Ilhabela-SP, where a hundred of households received systems capable of supplying monthly 30 kWh SIGFI 30 -, in 2012 which was financed by Light for All Program. Facilitator aspects and barriers for the adoption of the photovoltaic systems in these communities were identified. Suggestions for improvement have been presented. As a result, it is possible to conclude that a plain achievement of the public policy aimed at supplying the basic needs for illumination, communication and refrigeration in those Ilhabela communities, hasnt yet been guaranteed due to the absence of refrigerator. Photovoltaic systems and electricity were well accepted ant it was observed an improvement of quality of life.

Reactive power support by photovoltaic farms has been under discussion in several countries. This kind of operation has been proposed because the photovoltaic farm converter is an expensive asset that is often used well below its power rating. This paper proposes a methodology for estimating the reactive power support capability and the associated technical cost of operating a photovoltaic installation as a STATCOM at nighttime. The technical cost is related to the need to buy active power from the grid to compensate for power losses. A precise estimation of this cost is of interest for both photovoltaic farm owners and grid operators to be able to evaluate the economic feasibility of this kind of operation. In order to illustrate the proposed methodology, a 1.5 MWp photovoltaic farm is considered. By evaluating the losses of each component (converter, tie reactor, filter and transformer), a reactive power support capability map integrating the technical cost for each point of operation is obtained. The analysis outlines key points to operate a PV farm as a STATCOM at nighttime: the system must include a blocking diode, the capability map is asymmetric, an operation with variable DC-link voltage is desirable and can lead to savings of up to 8.9 % in comparison with operation at fixed nominal DC-link voltage. / O suporte de potência reativa por fazendas solares fotovoltaicas está sob discussão em diversos países. Este tipo de operação foi proposta pois o conversor das fazendas solares é um equipamento de custo elevado que é usualmente utilizado abaixo de sua potência nominal. Este trabalho propõe uma metodologia para estimar a capabilidade de suporte de reativos e o custo técnico associado na operação de uma fazenda solar fotovoltaica como um STATCOM durante o período da noite. O custo técnico desta operação está associado à necessidade da compra de potência ativa da rede elétrica para suprir as perdas de energia para compensar as perdas nos equipamentos. Uma estimativa precisa deste custo técnico é de interesse tanto dos empreendedores que possuem fazendas fotovoltaicas como dos operadores da rede elétrica para que se avalie a viabilidade econômica deste tipo de operação. Para ilustrar a metodologia proposta, uma fazenda solar fotovoltaica de 1.5 MWp é considerada. Através da avaliação das perdas em cada componente (conversor, reator, filtro e transformador), um mapa de capabilidade de suporte de potência reativa é obtido integrando os custos técnicos para cada ponto de operação. A análise realizada neste trabalho destaca os pontos chave para a operação noturna de uma fazenda solar como STATCOM: o sistema deve incluir um diodo de bloqueio, o mapa de capabilidade é assimétrico, a operação com tensão do circuito CC é desejável e resulta em economia de energia de 8.9 % em comparação com operação com a operação em tensão nominal fixa do circuito CC.

O objetivo deste trabalho foi determinar o potencial de geração fotovoltaica com sistemas de microgeração sobre os edifícios dentro do campus São Paulo da USP. As diferentes topologias de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica foram descritas, apresentando as vantagens e desvantagens de cada uma delas. Em 2012, com a edição da Resolução Normativa n°482 pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), tornam-se possíveis no Brasil a instalação de sistemas de geração de energia a partir de fontes renováveis, de forma distribuída, onde o consumidor conectado à rede de distribuição injeta energia na rede elétrica e com isso gera créditos que são usados nos meses subsequentes. A Resolução Normativa n° 687 da ANEEL e o Convênio 16 do CONFAZ, ambos de 2015, estabeleceram novas regras que tornaram a geração distribuída mais atrativa economicamente, o que resultou no crescimento do número de instalações de forma acelerada a partir desse ano. A usina fotovoltaica do Instituto de Energia e Ambiente é formada por quatro instalações distintas e tem uma potência instalada de 540 kWp. Os dados de produção e de desempenho do primeiro ano de operação das instalações que se encontram sobre a Biblioteca Brasiliana Guita e José Mindlin e do Instituto de Estudos Brasileiros foram utilizados para que parâmetros mais adequados fossem inseridos no simulador de sistemas fotovoltaicos SISIFO. Com esses parâmetros, juntamente com dados solarimétricos do projeto SWERA e meteorológicos do INMET utilizou-se o software SISIFO para simular a capacidade de produção de energia elétrica a partir de sistemas fotovoltaicos de microgeração sobre os edifícios identificados no campus. A capacidade anual de produção de energia elétrica calculada para esses sistemas é de 2.600 MWh o que corresponde a 3,1% do consumo total de eletricidade do campus entre abril de 2015 e maio de 2016. / The goal of this work was to determine the potential of photovoltaic generation with microgeneration systems on the buildings within the São Paulo campus of USP. The different topologies of on grid photovoltaic systems were described, presenting the advantages and disadvantages of each one of them. In 2012, with the issuance of Normative Resolution No. 482 by the National Electric Energy Agency (ANEEL), it became possible in Brazil to install power generation systems from renewable sources in a distributed way, where consumers connected to the distribution network injects power into the grid and thereby generates credits that are used in the subsequent months. The Normative Resolution N ° 687 of ANEEL and CONFAZ Agreement 16, both of 2015, established new rules that made distributed generation more economically attractive, which resulted in an accelerated growth of the number of installations as of this year. The photovoltaic power plant of the Institute of Energy and Environment is formed by four distinct installations and has an installed power of 540 kWp. The production and performance data of the first year of operation of the facilities located on the Brasiliana Guita and José Mindlin Library and the Brazilian Institute of Studies were used to set the most appropriate parameters to be inserted in the SISIFO photovoltaic system simulator. With these parameters, together with solarimetric data from the SWERA project and meteorological data from INMET, SISIFO was used to simulate the electricity production capacity from photovoltaic microgeneration systems on the identified campus buildings. The annual electricity production capacity calculated for these systems is 2,600 MWh which corresponds to 3.1% of total campus consumption of electricity between April 2015 and May 2016.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2011