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ilustraciones, fotografías a color Dada la presencia de extensos arrecifes coralinos, praderas de pastos marinos, manglares, playas, mar abierto y bosques secos tropicales, los cuales albergan puntos de alto endemismo, la región del Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina fue declarada como reserva de Biósfera Seaflower en el año 2000 por la UNESCO (Seaflower Foundation, 2019). Sin embargo, en la actualidad no se lleva a cabo una adecuada conservación de las especies claves y ecosistemas estratégicos antes enunciados, por factores entre los que se encuentra la generación de electricidad que se efectúa 100% a partir de combustibles fósiles con un modelo obsoleto que ya sobrepasa los 60 años. Mediante el uso de herramientas computacionales como Neplan, Homer Pro y MATLAB, se desarrolla un modelo de optimización para el planteamiento de la diversificación de la matriz energética de la isla de San Andrés, mediante la implementación de SSFV considerando las restricciones técnicas de la red eléctrica actual. Se encuentra que la penetración de las SSFV puede ser de hasta 28 MW. El ahorro de un solo año en combustible y subsidios, sumado a la monetización de bonos de carbono por toneladas de CO2 no emitidas permiten el financiamiento completo de las políticas departamentales orientadas a la totalidad de la población vulnerable del Departamento Archipiélago para el cuatrienio 2020 – 2023. El retorno de la inversión con el resultado del modelo de optimización planteado es de 3.18 años, lo que determina su viabilidad. (Texto tomado de la fuente) For extensive coral reefs, seagrass beds, mangroves, beaches, the open sea, and tropical dry forests presence, which are home to points of high endemism, the Archipelago of San Andrés, Providencia, and Santa Catalina region was declared Seaflower Biosphere Reserve in the year 2000 by UNESCO (Seaflower Foundation, 2019). However, at present, adequate conservation of the key species and strategic ecosystems mentioned above is not carried out, due to factors among which is the generation of electricity that is carried out 100% from fossil fuels with an obsolete model that it is already over 60. With computational tools use like Neplan, Homer Pro and MATLAB, an optimization model is developed for the approach to the San Andrés energy matrix diversification, through the implementation of PVSS considering the technical restrictions of the current electrical network. It is found that PVSS penetration can be up to 28 MW. The savings of a single year in fuel and subsidies, added to carbon credits per tons of CO2 not emitted monetization, allow the full financing of departmental policies aimed at the entire vulnerable population of the Archipelago Department for the 2020-2023 period. The investment return with the optimization model proposed is 3.18 years, then its viability. For extensive coral reefs, seagrass beds, mangroves, beaches, the open sea, and tropical dry forests presence, which are home to points of high endemism, the Archipelago of San Andrés, Providencia, and Santa Catalina region was declared Seaflower Biosphere Reserve in the year 2000 by UNESCO (Seaflower Foundation, 2019). However, at present, adequate conservation of the key species and strategic ecosystems mentioned above is not carried out, due to factors among which is the generation of electricity that is carried out 100% from fossil fuels with an obsolete model that it is already over 60. With computational tools use like Neplan, Homer Pro and MATLAB, an optimization model is developed for the approach to the San Andrés energy matrix diversification, through the implementation of PVSS considering the technical restrictions of the current electrical network. It is found that PVSS penetration can be up to 28 MW. The savings of a single year in fuel and subsidies, added to carbon credits per tons of CO2 not emitted monetization, allow the full financing of departmental policies aimed at the entire vulnerable population of the Archipelago Department for the 2020-2023 period. The investment return with the optimization model proposed is 3.18 years, then its viability. Maestría Magíster en Ingeniería - Ingeniería Eléctrica ENERGÍAS RENOVABLES

espanolEn este articulo se propone el uso de un algoritmo de optimizacion basado en la busqueda de patrones mejorada, aplicandolo a la estimacion de los parametros modelo de un diodo de una celula fotovoltaica. Los parametros a estimar son corriente fotovoltaica, la saturacion de corriente del diodo, la resistencia serie, la resistencia en paralelo y el factor de idealidad del diodo. La estimacion es hecha a partir de los datos obtenidos de una curva conocida, es decir, que la celda fotovoltaica puede caracterizarse y los para-metros son extraidos de los datos de la curva. Los resultados son la identificacion de los parametros y la exactitud del modelo con respecto a la referencia en el punto de maxima potencia (MPP). Adicionalmente se realiza una comparacion con el modelo obtenido con tres estimaciones realizadas con el algoritmo de optimizacion enjambre de particulas (PSO), bajo las mismas condiciones en cantidad de particulas y de iteraciones. El error encontrado muestra la similitud del modelo con la referencia obtenida de acuerdo con el algoritmo IPSM. EnglishIn this article, we propose the use of the optimization algorithm based on impro-ved pattern search (IPSM), applying it to the estimation of the model parameters of a single diode of a photovoltaic cell. The parameters to be estimated are the photovoltaic current, the saturation current of the diode, the series resistance, the resistance in parallel, and the ideality factor of the diode. The estimation is made from the data obtained from a known curve, that is to say, that a photovoltaic cell could be characterized and from the data of the curve the parameters are ex-tracted. The results are the identification of the parameters and the accuracy of the model concerning the reference at the point of maximum power (MPP). Additio-nally, a comparison is made with the model obtained with three estimations made with the particle swarm optimization algorithm (PSO), under the same conditions in the number of particles and iterations. The error found shows the similarity of the model with the reference obtained using the IPSM algorithm.

Submitted by Simone Maisonave (simonemaisonave@hotmail.com) on 2022-08-19T19:09:09Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Rogerio_Daltro_Knuth.pdf: 3416779 bytes, checksum: 0cf32a0040ef3f88aaa3740bf72a7f53 (MD5) Made available in DSpace on 2022-08-19T21:31:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Rogerio_Daltro_Knuth.pdf: 3416779 bytes, checksum: 0cf32a0040ef3f88aaa3740bf72a7f53 (MD5) Previous issue date: 2022-05-26 Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Uma das principais desvantagens encontradas pelas células fotovoltaicas está relacionada à utilização de eletrólito líquido, pois estes podem apresentar vazamentos durante a selagem e funcionamento, o que acaba por limitar a durabilidade e estabilidade do eletrólito. Entretanto estes problemas podem ser resolvidos utilizando eletrólitos poliméricos sólidos ou gel, apesar de ser observado uma diminuição do potencial de circuito aberto (Voc). A adição de materiais carbonosos, como nanotubos de carbono (NTC) e derivados do grafeno em eletrólitos poliméricos é uma alternativa interessante para aumentar a eficiência das Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs). Assim, o grafite expandido posteriormente seccionado em forma de nanofolhas (GNs), pode ser adicionado a eletrólitos poliméricos, devido à sua capacidade de promover condução eletrônica, além de suas propriedades catalíticas. Portanto o objetivo deste trabalho é de apresentar a síntese e caracterização de um eletrólito polimérico sólido baseado em goma xantana (XG), dissolvido em água deionizada, contendo diferentes concentrações de nanofolhas de grafite expandido (GNs), além de reticulantes e plastificantes. Para isto o grafite foi expandido através de um forno micro-ondas em temperaturas na faixa de 300 – 900 °C por um período 5 minutos e posteriormente submetido ao processo de banho de ultrassom em uma solução de álcool absoluto, resultando portanto, em nanofolhas de grafite expandido (GNs). Com as concentrações de 0,1; 0,3; 0,5 e 0,7% em massa de (GNs), em relação à massa do polímero goma xantana (XG) e com adições de agentes reticulantes e plastificantes, foi realizado a síntese do material que resultou em um eletrólito polimérico sólido flexível para aplicação nas (DSSCs). Todo o material empregado para a fabricação do eletrólito polimérico sólido foi caracterizado por meio de técnicas como microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), microscopia de força atômica (AFM), difração de raios-X (DRX), espectroscopia Raman, infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia na região ultravioleta-visível (Uv-Vis), voltametria cíclica (VC) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Os resultados obtidos mostram que a goma xantana (XG) com adições de (GNs) reticulantes e plastificantes formam um eletrólito polimérico sólido e flexível que apresenta uma condutividade iônica na ordem de 10-3 S.cm -1 a temperatura ambiente. Estes valores de condutividade são superiores quando comparados a outros eletrólitos biodegradáveis encontrados na literatura, demostrando ter uma boa resposta para aplicações em DSSCs. One of the main disadvantages found by photovoltaic cells is related to the use of liquid electrolyte, as they may leak during sealing and operation, which ends up limiting the durability and stability of the electrolyte. However, these problems can be solved using solid or gel polymeric electrolytes, although a decrease in the open circuit potential (Voc) is observed. The addition of carbonaceous materials such as carbon nanotubes (NTC) and graphene derivatives in polymeric electrolytes is an interesting alternative to increase the efficiency of Dye -Sensitized Solar Cells (DSSCs). Thus, expanded graphite, later sectioned into nanosheets (GNs), can be added to polymeric electrolytes, due to its ability to promote electronic conduction, in addition to its catalytic properties. Therefore, the objective of this work is to present the synthesis and characterization of a solid polymeric electrolyte based on xanth an gum (XG), dissolved in deionized water, containing different concentrations of expanded graphite nanosheets (GNs), in addition to crosslinkers and plasticizers. For this, the graphite was expanded through a microwave oven at temperatures in the range of 300 - 900 °C for a period of 5 minutes and then subjected to the process of ultrasonic bath in an absolute alcohol solution, resulting in nanosheets of expanded graphite (GNs). With concentrations of 0.1; 0.3; 0.5 and 0.7% by mass of (GNs), in relation to the mass of the polymer xanthan gum (XG) and with additions of crosslinking agents and plasticizers, the synthesis of the material was carried out, which resulted of the a flexible solid polymeric electrolyte for application in DSSCs. All material used to manufacture the solid polymeric electrolyte was characterized using techniques such as scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, Fourier transform infrared (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), spectroscopy in the ultraviolet-visible region (UV-Vis), cyclic voltammetry (VC) and electrochemical impedance spectroscopy (EIE). The results obtained show that xanthan gum (XG) with additions of (GNs) crosslinkers and plasticizers form a solid and flexible polymeric electrolyte that presents an ionic conductivity in the order of 10-3 S.cm-1 at room temperature. These conductivity values are higher when compared to other biodegradable electrolytes found in the literature, showing a good response for applications in DSSCs.

El presente trabajo comprende el desarrollo de una teja solar a base de biocompuestos para la autonomía vital de una casa, mediante el análisis de la radiación solar que hoy en día se obtiene en el Valle del Cauca, y a su vez la selección del proceso de manufactura más eficiente para la fabricación en serie de dicho proyecto. La metodología de diseño que se usó para elaboración de este sistema fue el diseño concurrente propuesto por Karl T. Ulrich y Steven D. Eppinger en su libro Diseño y desarrollo de productos. Para esto se elaboraron diferentes conceptos los cuales atravesaron una evaluación rigurosa en sus especificaciones. Para luego seleccionar el concepto con mayor eficacia y ser desarrollado. El sistema contará con una buena interacción con el usuario, ya que este podrá observar en todo momento cuanta carga tiene actualmente la fuente de almacenaje como también tendrá visibilidad del voltaje que están suministrando las celdas solares. Es proyecto tiene múltiples etapas desde el diseño de la teja solar y selección de material alternativo, como también el desarrollo e integración de la teja con las celdas solares y pasando finalmente con la instalación de eléctrica y fuente de almacenaje que tendrá este sistema. Este proyecto se centró en la innovación de un material biocompuesto para el desarrollo de estas tejas solares como también un proceso de muy efectivo para la fabricación de estas, sin dejar de la una forma eficiente de generar la energía median la radiación solar. Tesis (Magister en ingeniería de Desarrollo de Productos)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2022 Maestría Magíster en Ingeniería de Desarrollo de Productos

A energia fotovoltaica tem ganhado maior interesse ao longo dos anos, devido a sua capacidade de gerar energia limpa e acessível, que é um dos objetivos do desenvolvimento sustentável. Desta forma, há inúmeras pesquisas com o objetivo de aperfeiçoar o uso desta forma de geração, tornando-a acessível, com baixo custo e com eficiências cada vez mais altas. As células fotovoltaicas são as responsáveis por absorver energia solar e transformá-las em energia elétrica. A energia fotovoltaica pode ser obtida através de algumas tecnologias, tais quais: silício monocristalino (m-Si), silício policristalino (p-Si), disseleneto de cobre, índio e gálio (CIGS), telureto de cádmio (CdTe), células fotovoltaicas orgânicas (do inglês, Organic Photovoltaic - OPV) e células fotovoltaicas sensibilizadas por corantes. Estas tecnologias diferem com relação a fabricação e forma de conversão de energia, sendo relacionadas a elementos como o silício, no caso das tecnologias cristalinas (m-Si e p-Si). Sendo assim, este artigo tem como objetivo descrever as tecnologias supracitadas, indicando as principais características e as eficiências de cada uma.

Resumen comunicación presentada Organic photovoltaics (OPV) are close to reaching a landmark 20% device efficiency.[1] One of the proposed reasons that OPVs have yet to attain this milestone is their propensity toward triplet formation. In this talk,[2] the small molecule donor, DRCN5T, is studied using a variety of spectroscopy techniques, and blended with both fullerene and non-fullerene acceptors. Specifically, picosecond and microsecond transient absorption and Raman spectroscopies are focused on. Despite DRCN5T's ability to achieve OPV efficiencies of over 10%,[3] it generates an unusually high population of triplets. These triplets are primarily formed in amorphous regions via back recombination from a charge transfer state. As such, triplets have a dual role in DRCN5T device efficiency suppression: they both hinder free charge carrier formation and annihilate those free charges that do form. Using microsecond transient absorption spectroscopy under oxygen conditions, this triplet-charge annihilation (TCA) is directly observed as a general phenomenon in a variety of DRCN5T: fullerene and non-fullerene blends. Since TCA is usually inferred rather than directly observed, it is demonstrated that this technique is a reliable method to establish the presence of TCA. Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech.

El presente Trabajo Fin de Máster tiene por objeto implementar un sistema de electroluminiscencia de bajo coste en células solares fotovoltaicas, así como comparar los resultados obtenidos con otros sistemas. La tecnología solar fotovoltaica ha sufrido un gran incremento en los últimos años, provocando que el desarrollo de técnicas de detección de defectos, como la electroluminiscencia, sea necesario. Para la creación del sistema de bajo coste se ha empleado una cámara comercial de silicio, a la cual se le ha extraído el filtro infrarrojo con el fin de que el sensor de la cámara sea capaz de apreciar la emisión del espectro que genera la electroluminiscencia. A la cámara modificada se le han realizado un conjunto de pruebas adicionales, como la incorporación de distintos dispositivos, la variación de la corriente inyectada a las células o la modificación del tiempo de exposición para comprobar su efecto en los resultados. Aunque estas imágenes han sido de mayor calidad debido a su gran sensibilidad, se ha comprobado que a través de la cámara modificada se pueden realizar diagnósticos fiables a nivel de célula. De las pruebas realizadas se ha concluido que estas sí que afectan a los resultados obtenidos. Al incluir dispositivos adicionales las imágenes han variado bastante, destacando la aplicación del filtro pasabanda, cuya aplicación presenta tanto ventajas como desventajas. También se ha comprobado que el incremento del tiempo de exposición y de corriente provocan una mejora en la técnica de electroluminiscencia, aunque esto deja de cumplirse cuando los valores son muy altos., Máster en Ingeniería de la Bioenergía y Sostenibilidad Energética

Un objetivo continuo de la investigación y desarrollo en la energía solar fotovoltaica es la reducción de los precios, donde las técnicas de inspección juegan un papel fundamental. Entre las técnicas de inspección más usadas destaca la inspección visual, medidas corriente voltaje, termografía infrarroja y electroluminiscencia. Esta última se basa en la captura de la radiación electromagnética del silicio (emisión de luminiscencia) cuando se inyecta corriente a un panel o célula fotovoltaica. Las imágenes de electroluminiscencia resultan de gran interés, ya que aportan información sobre el estado de la célula fotovoltaica de alto valor añadido en comparación con otras técnicas de inspección. Sin embargo, existen una serie de inconvenientes que dificultan su expansión en el sector fotovoltaico, especialmente en la toma de imágenes de módulos en campo. Estas desventajas están relacionadas con el requerimiento de fuentes de corriente continua para producir la inyección de corriente necesaria y la necesidad de realizar las medidas durante la noche, ya que la emisión de electroluminiscencia es mucho más débil que la radiación solar. n el presente trabajo se presenta una técnica similar denominada fotoluminiscencia parcial. La fotoluminiscencia es una técnica similar a la electroluminiscencia, donde la emisión de luminiscencia es producida por una excitación óptica en lugar de la inyección de corriente. Esto permite utilizar un dispositivo de iluminación uniforme o la propia luz solar como fuente de excitación. Así se propone una técnica parcial, donde una parte de la célula se ilumina mientras el resto de esta permanece en un entorno oscuro donde se produce la captura de la señal de fotoluminiscencia. Posteriormente se ilumina y captura las partes contrarias de la célula para obtener así dos medidas que muestren el total de la célula. Todo ello permite dar lugar a una técnica donde se puede utilizar la luz solar como fuente de excitación y tomar medidas con altas condiciones de irradiancia, superando así las principales desventajas de la electroluminiscencia parcial., Máster de Ingeniería de la Bioenergía y Sostenibilidad Energética

A produção de energia limpa tem sido uma das principais buscas globais nos últimos anos. As faixas de radiação, enviadas através da luz solar, que podem ser captadas por células fotovoltaicas, que transformam a luz em energia elétrica, tornam o sol na fonte mais promissora para as necessidades elétricas dos seres humanos. O clima tem uma considerável importância na captação de energia solar, pois a eficiência de um sistema de células é relacionado diretamente com as condições climáticas locais. O objetivo deste artigo é estabelecer uma relação entre geração de energia elétrica por meio de células fotovoltaicas e os elementos meteorológicos, de poluição, radiação e temperatura das células fotovoltaicas, a fim de definir as melhores condições para ampliação da eficiência das células, bem como proporcionar a redução da emissão de gases de efeito estufa. A metodologia proporciona a mensuração da geração de energia elétrica, a compilação dos elementos meteorológicos, CO2, UVA, UVB e temperatura de placa, a relação entre a geração de energia elétrica e os demais parâmetros e a criação de cenários para análise da emissão de gases de efeito estufa. Os resultados esperados são o estabelecimento de uma relação entre a geração de energia elétrica por meio de células fotovoltaicas e os parâmetros, bem como possibilitar a redução da emissão de gases de efeito estufa por meio da ampliação do uso dessa fonte e redução da geração de energia por hidrelétricas e termelétricas.

[ES] El objetivo de este TFG es actualizar la instalación eléctrica de un edificio con tres plantas y un local comercial y añadir una instalación fotovoltaica sobre la azotea de un edificio. Para el diseño de la instalación se tendrán en cuenta tanto los diferentes tipos de autoconsumo eléctrico existentes, como los distintos tipos de paneles solares fotovoltaicos, así como la distribución de los paneles sobre la azotea para colocar el máximo número posible, evitando que proyecten sombras unos sobre otros para aprovechar al máximo su rendimiento. El proyecto constará de los documentos necesarios para un TFG: memoria, pliego de condiciones, planos de la instalación y de ubicación del edificio y el presupuesto del proyecto. Además, estará incluido un análisis de la viabilidad económica de la instalación para mostrar, con datos económicos, si es factible o no la implementación del sistema., [EN] The objective of this dissertation is to update the electrical installation of a building with three floors and a commercial space and add a photovoltaic installation on the roof of a building. The design of the installation will take into account the different types of existing electrical selfconsumption and the different types of photovoltaic solar panels, as well as the distribution of the panels on the roof in order to place the maximum number possible, avoiding shadows on each other to maximize their performance. The project will consist of the necessary documents for a dissertation: memory, specifications, drawings of the installation and location of the building and the project budget. In addition, an analysis of the economic viability of the installation will be included to show, with economic data, whether or not the implementation of the system is feasible.

A energia fotovoltaica tem se consolidado como elemento fundamental nas matrizes energéticas renováveis. O avanço mundial da tecnologia se reflete no desenvolvimento no Brasil, com a ampliação contínua na participação na matriz energética nacional. Diante desse cenário, estudar as condições de implantação e principalmente de eficiência desses sistemas, faz­-se necessário para a garantia de um rendimento ideal. Um dos pontos principais na análise de eficiência de um sistema fotovoltaico é a de conversão dos inversores, na qual ponderando-­se as particularidades da situação brasileira se faz pertinente principalmente no que diz respeito à radiação solar. Tomando-­se por base os sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica (SFVCR), é aprofundado o assunto em equações de eficiência de inversores utilizadas pelo mundo, como a Equação de eficiência Europeia e também a Equação de eficiência Californiana, ambas geradas através da análise de um ponto específico da região. Após a análise das equações existentes, aborda-­se o histórico de 11 anos de radiação no estado do Paraná, situado no Sul do Brasil, considerando essa radiação para levantar o comportamento da irradiância média por hora no estado e propor uma equação de eficiência baseada nas características territoriais. Com essa equação pode-­se entender o comportamento dos inversores de mercado na região, e apresentar quais características são desejáveis para maior geração de energia com essa tecnologia. Diferente das equações Europeia e Californiana, a equação proposta faz uma análise média entre toda a extensão territorial, considerando 25 estações solarimétricas do INMET espalhadas pelo estado, trazendo uma análise com menor probabilidade de erros considerando a região como um todo. Photovoltaic Energy is considered a fundamental element when it comes to sustainable and clean energy. Developed countries already have solar energy as a considerable part of their energy mix. On the other hand, the actions in Brazil towards this topic are at early stage, but with an outstanding upcoming growth perspective in the next years due to proper solar radiation distribution in the country territory. In this scenario, it is relevant to study implementation conditions and photovoltaic inverter conversion efficiency considering solar radiation for Brazilian particularities. Starting from several efficiency equations were studied, including European and California models, this work ion. Considering Inverter Efficiency Equations for Photovoltaic systems throughout the world, mainly Californian and European models which were originated from data captured from a single location, this study gathers the 11­year database of radiation in the state of Paraná in southern Brazil in several locations in order to raise the irradiance behavior in the state and propose an efficiency equation based on territorial characteristics. This method reveals less variation and more assertive results than the other international equations. With this equation, it is possible to understand the behavior of market inverters in the region and show which characteristics are desirable.

Atualmente, a humanidade tenta procurar maneiras de fazer com que o dia a dia seja o mais fácil e conveniente possível. Deste modo, existe interesse em fazer com que os dispositivos utilizados diariamente se tornem o mais leve e pequeno possível.Consequentemente, esta procura faz com que tenha havido um grande aumento de dispositivos eletrônicos portáteis e IoT. Assim sendo, o aumento da utilização de dispositivos eletrônicos portáteis é previsto, de modo a que o estilo de vida humano se torne o mais facilitado possível.Dispositivos elétricos portáteis por norma são equipamentos de baixa potência, possibilitando que estes sejam alimentados através de energias renováveis. Visto que a maior parte das energias renováveis apresenta baixa densidade de potência, a fonte renovavel mais atrativa é a energia solar, visto que esta apresenta a maior densidade de energia quando comparada a outras. Dado que, a energia recolhida por fontes renováveis não é adequada para utilização direta, a aplicação de um conversor DC-DC é necessária de modo a adaptar e levantar a tenção recebida para alimentação de um dispositivo eletrónico. Finalmente, será necessária uma técnica MPPT de modo a que a célula fotovoltaica possa funcionar com máximo de eficiência, de modo a que seja maximizada a energia disponível. Deste modo, esta tese propõe a análise de dois diferentes métodos MPPT (Perturbar & Observar e Condutância Incremental) e suas performances.Os métodos MPPT foram testados com uma célula fotovoltaica subjugada a diferentes valores de irradiação (1000𝑊/𝑚2,750𝑊/𝑚2𝑒500𝑊/𝑚2,𝑎25°C) e temperatura (35°C,25°C𝑒15°C,𝑎1000𝑊/𝑚2).O sistema com o método Perturbar & Observar obteve uma eficiência de 99.39%a 1000𝑊/𝑚2,99.97%a 750𝑊/𝑚2e 75.11%a 500𝑊/𝑚2,mantendo sempre uma eficiência superior a 99.30%com as diferentes alterações de temperatura. Finalmente, usando o método de Condutância Incremental obtiveram-se eficiências de 99.57%a 1000𝑊/𝑚2,88.08%a 750𝑊/𝑚2e 62.88%a 500𝑊/𝑚2,mantendo sempre uma eficiências superior a 99.04%com as diferentes alterações de temperatura. Os resultados demonstram que ambos os métodos são adequados para implementação com sistemas de recolha de dispositivos portáteis. In the present time, humans try to research ways to make life as easy and convenient as possible. Thus, there isa growing interest in making everyday devices as small and as lightweight as possible.Consequently, there has been an increase in portable electronic devices and IoT. With this type of innovations,an increase in small portable devices is expected,that look to make the human lifestyle as practical as possible. Portable devices are generally low power equipment, this enables the possibility of powering these through renewable energy. Since most of the renewable energies have low power density, the most appealing resource is the solar energy, being that the power density of the photovoltaic energy stands out when compared to the others.Since the use of raw renewable energy is not suited to direct utilization a DC-DC converter is required to adapt and boost the voltage fed to the device. Finally, it is required a MPPT technique so that the PV cellc an function at its peak efficiency, in order to maximize the low energy available.Therefore, this thesis proposes the analyse of two different MPPT methods (Perturb & Observe and Incremental Conductance) and in both performances.The MPPT methods were tested with the PV cell subjected to different irradiations (1000𝑊/𝑚2,750𝑊/𝑚2and500𝑊/𝑚2, with 25°C) and temperatures (35°C,25°Cand 15°C, with 1000𝑊/𝑚2). The system with the Perturb & Observe technique obtained an efficiency of 99.39%with 1000𝑊/𝑚2, 99.97%with 750𝑊/𝑚2and 75.11%with 500𝑊/𝑚2, while maintaining an efficiency above 99.30% with the different temperatures. Finally, using the Incremental Conductance technique obtained an efficiency of 99.57%with 1000𝑊/𝑚2, 88.08%with 750𝑊/𝑚2 and 62.88%with 500𝑊/𝑚2, while maintaining an efficiency above 99.04%with the different temperatures. The results demonstrate that both methods used are suitable to implement with harvesting systems of portable devices.

Orientadores: José Alexandre Diniz, Francisco das Chagas Marques Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Para a aplicação em células fotovoltaicas baseadas em silício monocristalino (c-Si), esta tese tem como principal objetivo os desenvolvimentos de MATERIAIS – filmes finos de TiO2, Al2O3 e Ta2O3, SiNx, a-Si:H e Al – e de PROCESSOS – deposições por sputtering reativo ou por ECR-CVD, corrosões de silício, úmida, usando solução de NH4OH, ou seca, com sistema de plasma ICP-RIE. Para isto: i) analisou-se a redução da refletância total da superfície do silício (?RTotal), com a respectiva deposição por sputtering reativo ou ECR-CVD dos filmes finos de óxidos (TiO2, Al2O3, Ta2O3) e de nitreto (SiNx), ambos em temperatura ambiente, para uso como camadas antirrefletoras (ARC) e aumento da eficiência da célula; ii) corroeu-se a superfície do c-Si, utilizando uma solução alcalina de NH4OH (CMOS compatível e de baixo custo), obtendo-se estruturas periódicas de canais V-Groove, pirâmides verticais e invertidas. Visando o maior aprisionamento da luz incidente sobre o dispositivo, e consequente aumento de suas eficiências; iii) corroeu-se um substrato de Si para obtenção de microcanais (SiMCs) com 200 µm de profundidade, em um sistema ICP-RIE, com mistura de gases SF6 e Ar. Estes SiMCs serão futuramente utilizados como trocadores de calor na parte inferior das células, possibilitando também o aumento de sua eficiência com a passagem de um líquido refrigerante. Como um tempo muito longo, da ordem de horas, é necessário para a obtenção dos SiMCs com a profundidade desejada, se vê necessário o uso de máscaras físicas (HM) resistentes à remoção pelo plasma. Para isto, elaborou-se padrões de linhas de HM de Al – transferidos por litografia e deposição térmica para a superfície do c-Si – com posteriores tratamentos de nitretação por plasma e/ou recozimento térmico. De modo a melhorar a resistência ao bombardeamento iônico, proveniente do plasma ICP-RIE, durante o processo; iv) por fim, fabricaram-se dois tipos de células fotovoltaicas. A primeira de homojunção, com diferentes formatos de SiMCs nas suas costas e difusão térmica de fósforo como camada emissora. A segunda, de heterojunção, com camada emissora de a-Si:H depositado no ECR-CVD, difundida com Al (Al-Si) com e sem SiO2 como isolamento lateral. Como melhores resultados: i) dos filmes analisados para possível uso como ARC, foram obtidos valores de ?RTotal entre -51,7 % e -58,6 %; ii) com a texturização da superfície do silício, alcançou-se valores de refletância entre -51,6 % e -57,6 %, com alturas ou profundidades das estruturas periódicas variando entre 5,7 µm e 6,9 µm; iii) da mesma forma, para a corrosão dos SiMCs, estabeleceram-se as taxas de corrosão do c-Si de 1,08 µm/min e das HMs de Al entre 17 e 12 nm/min; iv) das células de homojunção fabricadas, obtiveram-se eficiências máximas entre 2,0 % e 7,97 %, após a corrosão dos SiMCs; v) para as de heterojunção, este valor foi de 1,2 % para a primeira série com estrutura c-Si/Al-Si/SiNx, sem o SiO2 como isolação lateral. Enquanto a segunda série, com estrutura c-Si/Al-Si e isolamento lateral de SiO2, obteve uma eficiência máxima de 0,98 % Abstract: For application in photovoltaic cells based on monocrystalline silicon (c-Si), this thesis has as main objective the development of MATERIALS – thin films of TiO2, Al2O3 and Ta2O3, SiNx, a-Si:H and Al – and PROCESSES – depositions by reactive sputtering or by ECR-CVD, silicon etchings, wet, using NH4OH solution, or dry, with ICP-RIE plasma system. For this: i) it was analyzed the reduction of the total reflectance of the silicon surface (?RTotal), with the deposition of thin oxides (TiO2, Al2O3, Ta2O3) and nitride (SiNx) films at room temperature, respectively by reactive sputtering or ECR-CVD, for the increasing of the solar cell efficiency. ii) the etching of the c-Si surface using NH4OH, a low-cost and CMOS compatible alkaline solution, to obtain the periodic structures of V-Groove channels, vertical and inverted pyramids. Aiming to increase trapping of the incident light on the device, and consequent increase in its efficiencies; iii) the etching of the Si substrate to obtain microchannels (SiMCs) with 200 µm depth, in an ICP-RIE system, with a gas mixture of SF6 and Ar. These SiMCs will be used in the future as heat exchangers into the rear side of the solar cells, also making it possible to increase their efficiency with the passage of a coolant liquid. While it is necessary a long time, in order of hours, to obtain the SiMCs with the desired depth, making required the use plasma resistant hardmasks (HM). For this, patterns of Al HM lines were elaborated – transferred by lithography and thermal deposition to the c-Si surface – with subsequent treatments of plasma nitriding and/or thermal annealing. To improve the resistance to ion bombardment from the ICP-RIE plasma during the process; iv) finally, two types of photovoltaic cells were manufactured: the first is a homojunction, with different SiMCs shapes on its rear side and thermal diffusion of phosphorus as the emitting layer. The second is a heterojunction, with a-Si:H emitting layer deposited on the ECR-CVD, Al diffused (Al-Si) with and without SiO2 as lateral isolation. As better results: i) of the analyzed films for possible use as ARC, values ??of ?RTotal between -51.7 % and -58.6 % were obtained; ii) with the texturing of the silicon surface, reflectance values ??between -51.6 % and -57.6 % were reached, with heights or depths of the periodic structures varying between 5.7 µm and 6.9 µm; iii) similarly, for the SiMCs etchings, etching rates of 1.08 µm/min for the c-Si, and between 17 and 12 nm/min Al HMs were established; iv) from the manufactured homojunction cells, maximum efficiencies between 2.0% and 7.97% were obtained after the SiMCs etching; v) for the heterojunctions, this value was 1.2% for the first series with c-Si/Al-Si/SiNx structure, without SiO2 as lateral insulation. While the second series, with c-Si/Al-Si structure and SiO2 side insulation, obtained a maximum efficiency of 0.98% Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica CAPES 88882.329464/2019-01

Atualmente existem diversas tecnologias de fabricação de módulos fotovoltaicos e muitas pesquisas são realizadas para melhorar a eficiência de células e módulos tais como associação de diferentes materiais com respostas espectrais diferentes e melhorias nos processos de fabricação. Percebe-se também que, mesmo com vários estudos existentes sobre a variação do espectro solar ainda faltam estudos mais aprofundados dos seus efeitos em campo. Diante deste quadro busca-se com este trabalho avaliar, através de fontes luminosas que simulam a radiação solar, através de medições de espectros solares ao ar livre e também através de simulações computacionais da radiação solar a partir de modelos de transferência radiativa que utilizam parâmetros atmosféricos como dados de entrada, o efeito destas diferentes distribuições espectrais sobre o fator de descasamento espectral, e também sobre o fator de descasamento experimental, em cinco tecnologias de fabricação de módulos, sendo quatro módulos de filmes finos (CIGS, CdTe, a-Si (TJ), a-Si/µ-Si) e uma célula de c-Si. Para isso, foram utilizadas células de referência de c-Si com filtros, que simulam a tecnologia dos módulos ensaiados sem apresentar efeitos metaestáveis. Todas as medições das células de referência e também dos módulos em teste foram registradas de forma sincronizada com digitalizadores de 16 bits. Foram descritos os processos de instalação e de medição das células de referência, dos shunts, dos digitalizadores e dos módulos no simulador solar e também em uma câmara climatizada rotativa para ensaios ao ar livre. Efetuou-se o cálculo do fator de descasamento espectral das junções de cada um dos módulos em relação à tecnologia c-Si, para posterior determinação, em simulador solar, da corrente de curto circuito teórica de cada junção. Foram utilizadas distribuições espectrais da radiação solar, geradas por programa de transferência radiativa e também distribuições medidas através de espectrorradiômetro, relativos aos mesmos dias, horas e minutos das medições realizadas ao ar livre em uma câmara climatizada no Labsol. Avaliou-se também os efeitos, no verão e no inverno, de espectros simulados, para as cinco regiões do Brasil, em módulos com diferentes respostas espectrais. No simulador solar, foi avaliado o efeito da variação espectral da irradiância nos módulos testados. Como resultado deste trabalho foi validada uma metodologia de medição simultânea ao ar livre do fator de descasamento experimental; foi demonstrado o efeito da variação espectral da radiação solar sobre algumas tecnologias de módulos nas cinco regiões do Brasil e também foi demonstrado o efeito da variação espectral do simulador solar nos módulos avaliados. Conclui-se que, as comparações entre os resultados das medições ao ar livre em uma câmara climatizada e os resultados dos cálculos e simulações apresentaram entre si variações médias de 1%, sendo portanto, coerentes e validando desta forma a metodologia de medição simultânea realizada. Presently, there are several technologies for the manufacture of photovoltaic modules and much research is carried out to improve the efficiency of cells and modules such as the association of different materials with different spectral responses and improvements in manufacturing processes. It is also noticed that, even with several existing studies on the variation of the solar spectrum, further studies of its effects in the field still lack. Given this situation, this work is to evaluate, through light sources that simulate solar radiation, through measurements of outdoor solar spectra and also through computational simulations of solar radiation from models of radiative transfer that use atmospheric parameters as input data, the effect of these different spectral distributions on the spectral mismatch factor, and also on the experimental mismatch factor, in the five modules manufacturing technologies, in the four thin film modules and in one c-Si cell. For this, c-Si reference cells with filters were used, which simulate the technology of the tested modules without presenting metastable effects. All measurements of the reference cells and also of the modules under test were recorded in synchronized with 16-bit digitizers. The installation and measurement processes of reference cells, shunts, digitizers and modules in the solar simulator and also in a rotating air-conditioned camera for outdoor testing, were described. The spectral mismatch factor of the junctions of each of the modules was performed in relation to the c-Si technology, for subsequent determination, in the solar simulator, of the theoretical short circuit current of each junction. Spectral distributions of solar radiation were used, generated by radiative transfer program and also distributions measured by spectroradiometer, relative to the same days, hours and minutes of measurements performed outdoors in an air-conditioned chamber in Labsol. The effects of simulated spectra for the five regions of Brazil were also evaluated in modules with different spectral responses. In the solar simulator, the effect of spectral variation of irradiance on the tested modules was evaluated. As a result of this work, a simultaneous outdoor measurement methodology of the experimental mismatch factor was validated; the effect of spectral variation of solar radiation on some module technologies in the five regions of Brazil was demonstrated and the effect of spectral variation of the solar simulator on thex evaluated modules was also demonstrated. It was concluded that the differences between the results of the outdoor measurements in an air-conditioned chamber and the results of the calculations and simulations presented between them average variations of 1%, being therefore coherent and thus validating the methodology of simultaneous measurement performed.

Considerando la importancia que tienen la Seguridad e Higiene, y el Desarrollo Sustentables a nivel laboral y en el área de la salud, se consideró de suma importancia la prevención de la contaminación del medio ambiente y la transmisión de enfermedades al ser humano. En este trabajo de Tesis Doctoral se utilizó una metodología experimental, de tipo longitudinal, y explicativa. Se trabajó con datos cuantitativos. Para ello fueron seleccionadas tres variables: la contaminación del agua de red que provee a las clínicas de la Facultad de Odontología de la UNLP (FOUNLP), la recolección de agua de lluvia destina al riego de los espacios verdes, y el diseño de células fotovoltaicas para la iluminación nocturna de la mencionada Institución. El objetivo general fue contribuir al mejoramiento y actualización tecnológica de una variable de Seguridad e Higiene (contaminación del agua de red), y dos variables de Desarrollo Sustentable (recolección de aguas pluviales y diseño de células fotovoltaicas). Para el análisis de la contaminación del agua de red que ingresa al tanque reservorio (canilla 1), y de las canillas que aportan agua de egreso a las clínicas (canillas 2 y 3), se realizó la identificación de cuatro bacterias indicadoras (mesófilos totales, coliformes totales, Escherichia coli y Pseudomona aeruginosa). El estudio de la calidad microbiológica del agua de red, se realizó con muestras del agua de ingreso al tanque y de egreso hacia las clínicas, analizando su calidad microbiológica en dos etapas: antes y después de la limpieza y desinfección del tanque reservorio y anexos. Para ello se utilizaron dos técnicas de siembra (en placa, con medios de cultivo específicos, y por filtración, según el caso), a 37 0C en condiciones de aerobiosis. El recuento fue realizado por cantidad de colonias a través de los macrocultivos, y mediante el conteo de las UFC/ml, de acuerdo a los valores establecidos por el Código Alimentario Argentino. El estudio se complementó con la observación de las bacterias planctónicas al MET (Microscopía Electrónica de Transmisión). Para la segunda y tercera variables, se realizó un diseño de sistema de recolección de aguas pluviales destinado al riego de los espacios verdes de la FOUNLP, y el diseño de células fotovoltaicas para la iluminación externa. Los datos fueron analizados estadísticamente mediante el test de Varianza. Los resultados de la contaminación del agua de red antes de la limpieza y desinfección arrojaron un número significativo de P< 0.05 entre las diferentes bacterias indicadoras, mientras que luego de la desinfección no hubo un número significativo para mesófilos y coliformes, mientras que hubo ausencia de E. coli y Pseudomona eruginosa. Sin embargo, el análisis estadístico fue muy significativo, al comparar los datos obtenidos antes y después de la desinfección, en especial, a partir de la segunda muestra. El resultado de la medición de la reserva de agua pluvial registrada durante el período comprendido entre el 0/1 de 2019 y 0/1 de 2020, muestra que se registraron 58.66 mm como valor mínimo en período de invierno, y más de 120 mm durante el verano. La medición del consumo energético, mostró que el consumo anual total de energía en ese lapso de tiempo fue de 548.799 Kw, correspondiendo un 34 % solamente a iluminación, cuyo consumo fue de 186.537 Kw anual. Por todo lo expuesto de este trabajo se infiere que para mantener la calidad microbiológica del agua de red, apta para el consumo humano, se deberán realizar controles microbiológicos periódicos cada dos meses, así como la limpieza y desinfección anual del tanque reservorio y anexos una vez por año, o cuando el caso lo requiera. Con respecto a la reducción del agua de red para riego, sería posible con la colocación de un sistema de recolección de agua pluvial en el predio externo de la FOLP, lo que permitiría una importante reducción de consumo por año. En relación a la iluminación y tratando de resolver los problemas de oscuridad perimetral mediante auto-sustentabilidad, se propone el reemplazo de los artefactos existentes, por elementos de última generación, a Led de Energía Solar. Esto brindaría una iluminación de excelencia, y permitiría ahorrar más de un 35% del gasto actual., Considering the importance of Safety Hygiene and Sustainable Development at work level and in the health area, the prevention of environmental contamination and the transmission of human disease were considered of utmost importance. In this Doctoral dissertation, an experimental, longitudinal and explanatory methodology was used. At the same time, this research used quantitative data thus three variables were selected: the contamination of the network that supplies clinics of UNLP School of Dentistry, the collection of rain water used to irrigate green spaces and the design of photovoltaic cells for the aforementioned Institution lighting system. The general objective was to contribute to the improvement and technological updating of a variable of Safety and Hygiene (contamination of the water network) and two variables ofSustainable Development (the collection of rainfall and the design of photovoltaic cells). In order to analyze the contamination of water mains that enters the reservoir tank (tap 1) and the taps that discharge water into the clinic (taps 2 and 3), the identification of four indicator bacteria (total mesophiles, total coliforms, Escherichia Coli and Pseudomona Aeriginosa) was carried out. The study of the microbiological quality of water mains was based on samples of water entering the tanks and flowing into the clinics, analyzing its microbiological quality in two stages: before and after cleaning and disinfection of the reservoir tank and annexes. To do this, two sowing techniques were used (on a plate, with specific culture media and by filtration, as appropriate) at 37º under aerobic conditions. The bacteria count was made by number of colonies through macrocultures and by counting the CFU/ml, according to the values established by the Argentine Food Code.The study was complemented with the observation of planktonic bacteria at MET( Electron Transmission Microscopy). For the second and third variables, a rainfall collection system was built to irrigate FOUNLP green spaces and photovoltaic cells were designed for its external lighting arrangement.The data were statistically analyzed using the Variance test. The results of the contamination of the tap water before cleaning and disinfection yielded a significant number for mesophiles and coliforms,while there was an absence of E.Coli and P.Aeruginosa. However, the statistical analysis was very significant, when comparing the data obtained before and after disinfection, especially after analyzing the second sample. The result of rainfallmeasurement reserve registered during the period between January 2019 and January 2020 shows that 58.66mm were registered as a minimum value in winter and more than 120 mm during summer. The measurement of energy consumption showed that the total energy consumption in that period of time was 548.799 Kw, corresponding only 34% to lighting whose consumption was 186.537 Kw per year. From the above-mentioned analysis, it can be inferred that in order to maintain the microbiological quality of water mains, suitable for human consumption, periodic microbiological controls must be carried out every two months as well as the annual cleaning and disinfection of the reservoir tank and annexes, once a year, or when necessary. As regards the reduction of the water network for irrigation, it would be possible to do this if a rainfall collection system was placed on the external property of the FOLP, allowing significant reduction in annual consumption.In relation to the lighting system, in an attempt to solve the problems of perimeters darkness, through self-sustainability, it is advisable to replace the existing appliances by last generation elements such as Solar Energy Led. This would provide an excellent lighting system and save more than 35% of current spending., Facultad de Odontología

Falta de información para implementar innovación en la generación de energía fotovoltaica que facilite espacios con enfoque auto sostenible que aporten bienestar en su grupo de interés. En busca de promover proyectos auto sostenibles que combinen diferentes beneficios impactando de manera positiva el medio ambiente, la economía y desarrollo, se hace necesaria la identificación de factores de éxito sobre proyectos aplicados a nivel mundial en cuanto a generación de energía fotovoltaica y lograr sus elementos de aplicabilidad en la propiedad horizontal en Colombia. Lack of information to implement innovation in the generation of photovoltaic energy that facilitates spaces with a self-sustainable approach that provide well-being in its interest group. In search of promoting self-sustainable projects that combine different benefits, positively impacting the environment, the economy and development, it is necessary to identify success factors on projects applied worldwide in terms of photovoltaic energy generation and achieve its elements. of applicability in horizontal property in Colombia. Especialista en Gerencia de Proyectos Especialización

[ES] El objetivo de este TFG es diseñar una instalación fotovoltaica conectada a red sobre la cubierta de una planta industrial de la empresa AQUASUB S.L. Empresa dedicada a la fabricación de material de buceo deportivo, especialmente mascaras. La instalación estará destinada al autoconsumo y, si fuera el caso, venta de la producción sobrante a la empresa suministradora ENDESA. El proyecto constará de los documentos necesarios para un TFG: memoria, pliego de condiciones, planos de la instalación y de ubicación de la plata y el presupuesto del proyecto. Además, estará incluido un análisis de la viabilidad económica de la instalación para mostrar, con datos económicos, si es factible o no la implementación del sistema.

Regular el acceso de agua y energía impacta profundamente una comunidad en términos de mejora de la calidad de vida, afecta a la educación, al ambiente y los distintos ámbitos de la sociedad. En este sentido, este artículo está basado en un trabajo de investigación cuya finalidad es aportar una posible solución viable en esta materia. Esta medida es el diseño de estandarización y operación de una micro red solar fotovoltaica -FV- para suplir los requerimientos energéticos con una planta compacta de bajo costo en purificación del agua en Villeta ( Cundimarca- Colombia ) con ayuda del software Hommer Micro red La fiabilidad que podría tener la planta se calculó por las variaciones en la demanda de agua, y el consumo de energía de la planta en una escala de tiempo de 1 año. Se encontró una radiación media de 4,8kW/h/m2/d lo que es suficiente para satisfacer la demanda de energía de la planta de potabilización con total independencia del sistema energético convencional y así cubrir las necesidades de agua de un pequeño grupo de personas en un período de un año. Los resultados obtenidos en la presente investigación permiten dilucidar la viabilidad del desarrollo de sistemas más complejos en áreas que no están conectados al sistema nacional de transmisión y distribución de suministro de electricidad en Colombia. Abstract---Porting water and energy access has a profound impact on a community in terms of improving the quality of life, education and the environment. Within my article which is based on a research work whose purpose is to design standardization and operation of a photovoltaic solar grid (PV) to supply the energy requirements of a low-cost compact plant in water purification in Villeta (Cundimarca- Colombia), with the helpof the Hommer Micro red software. The reliability of the plant was calculated by the variations in water demand, and the energy consumption of the plant on a time scale of 1 year. It was found that an average radiation of 4.8kW / hr / m2 / d is enough to satisfy the energy demand of the potabilization plant with total independence from the conventional energy system and thus cover the water needs of a small group of people in a period of one year. The results obtained in the present investigation allow to elucidate the viability of the development of more complex systems in areas that are not connected to the national transmission and distribution system of electricity supply in Colombia

Submitted by Sheila MONTEIRO (sheila.monteiro@ufma.br) on 2021-03-19T14:15:13Z No. of bitstreams: 1 JONAS-PINTO.pdf: 813050 bytes, checksum: 412f1e7ff0450d3588e3b59145055473 (MD5) Made available in DSpace on 2021-03-19T14:15:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JONAS-PINTO.pdf: 813050 bytes, checksum: 412f1e7ff0450d3588e3b59145055473 (MD5) Previous issue date: 2020-09-25 In the extent of new technologies for the use of renewable energy, photovoltaic systems are in increasing application. Thus, new materials have been explored and research has been done to advance photovoltaic technology. The latest representative of this technology are the organic cells, which are in the research and development, testing and small-scale production phase, yet have shown semiconductor potential, resulting in the responsibility of acting on light absorption, generation, separation and transport of charges. A portion of these devices are produced by mixing a conductive polymer and a fullerene derivative, mainly at the nanometer scale. Carbon nanotube conductive polymer nanocomposites have a high potential for this application where conductivity and low specific weight are required. However, the high cost of these loads impairs a thorough research of the process conditions and the study of electrical percolation, which is a decisive condition in the transformation of insulating polymer into semiconductor. In this scope, the modeling and simulation of this threshold play a very important role in the development of this field of study, besides propelling the idealization of this research, in which a study of the electrical percolation of nanocomposites made up of matrix-dispersed carbon nanotubes was performed. This research was simulated through a Monte Carlo program and supported by the excluded volume model for two - dimensional and three - dimensional matrix systems. The percolation threshold was analyzed for different aspect ratios, volume fractions and conductive load geometries. After the simulations, it was shown that the percolation threshold decreased as the aspect ratio increased. No âmbito de novas tecnologias para o uso de energias renováveis, os sistemas fotovoltaicos encontram-se em crescente aplicação. Dessa forma, tem-se explorado novos materiais e realizado pesquisas para o avanço da tecnologia fotovoltaica. A representante mais recente desta tecnologia, as células orgânicas, estão em fase de pesquisa e desenvolvimento, testes e produção em pequena escala, porém mostraram potencial semicondutor, resultando na responsabilidade de atuar na absorção de luz, geração, separação e transporte de cargas. Uma parcela destes dispositivos é produzida pela mistura de um polímero condutor e um derivado de fulereno, principalmente em escala nanométrica. Os nanocompósitos poliméricos condutores de nanotubos de carbono apresentam um alto potencial para esta aplicação em que a condutividade e baixo peso específico são requeridas. Porém, o alto custo destas cargas impede uma melhor investigação das condições de processo e no estudo da percolação elétrica, que é uma condição decisiva na transformação do polímero isolante em semicondutor. Neste escopo, a modelagem e simulação deste limiar têm um papel de suma importância no desenvolvimento desta campo de estudo, além de ter impulsionado a idealização deste trabalho, em que foi realizado um estudo da percolação elétrica de nanocompósitos constituído por nanotubos de carbono dispersos em matriz polimérica, simulada através de um programa elaborado pelo método de Monte Carlo e apoiado ao modelo do volume excluído, para sistemas matriciais bidimensionais e tridimensionais. O limiar de percolação foi analisado para diferentes razões de aspecto, frações volumétricas e geometrias das cargas condutoras. Após as simulações, notou-se uma diminuição no limiar de percolação à medida que a razão de aspecto aumentava.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Electrical energy is fundamental to the modern man’s daily life and it is carried out in many activities’ day by day. One of the techniques that man has developed to convert the energy coming from the Sun into electrical energy consists of the so-called photovoltaic solar cells. Solar energy represents a renewable source because the constant emission of solar radiation acts as a inexhaustible resource, besides being also considered a clean energy’s source, since its operation does not imply the emission of polluting products. Brazil has great potential to invest in a solar energy plan due to its extension and location near the Equator. In recent years, the cost of solar energy has fallen by about 50% in recent years and by 70% in the last decade due to the technological innovations achieved in the sector. The present work objectives are evaluating the effect of mixing the semiconductor material present in a solar cell (TiO2) with nanocomposites based on graphene oxide (GO). The GO was obtained by the modified Hummers method and it was converted to reduced graphene oxide (r-GO) by using thermal treatments carried out at different temperatures, 100°C (212°F) and 200°C (392°F), using loads of 1%, 2% and 3% by weight of material. Both the isolated materials and their mixture were characterized by using X-ray diffraction (XRD) and infrared spectroscopy. The main results show that the GO conversion into r-GO best happened at a temperature of 200 °C and with a concentration of 3% by weight of GO mixed with the TiO2 paste, due to a better removal of the oxygen groups formed together with the GO obtained, avoiding the degradation of the paste by the GO concentration. The conversion of GO to r-GO is very important because the last one shows better photovoltaic properties comparing to the first one, allowing it to reach the objectives proposed in the present work. A energia elétrica é fundamental para a vida cotidiana do homem moderno e está presente em muitas atividades realizadas no dia a dia. Uma das técnicas que o homem desenvolveu para converter a energia proveniente do Sol em energia elétrica consiste nas chamadas células solares fotovoltaicas. A energia solar representa uma fonte renovável por conta de a constante emissão da radiação solar atuar como um recurso inesgotável, além de ser também considerada uma fonte de energia limpa, visto que seu funcionamento não implica na emissão de produtos poluentes. O Brasil apresenta grande potencial para investir em um plano de energia solar devido a sua extensão e localização nas proximidades da linha do Equador. Nos últimos anos, o custo da energia solar diminuiu cerca de 50% nos últimos anos e 70% na última década, devido às inovações tecnológicas alcançadas no setor. O presente trabalho tem o objetivo de avaliar o efeito da mistura com nanocompósitos a base do óxido de grafeno (GO) ao material semicondutor presente em uma célula solar (TiO2). O GO foi obtido pelo método de Hummers modificado e convertido em óxido de grafeno reduzido (r-GO) por meio de tratamentos térmicos realizados em diferentes temperaturas, 100°C e 200°C, com as cargas de 1%, 2% e 3% em peso de material. Tanto o material isolado, quanto a mistura foram caracterizados por meio de difração de raios X (DRX) e por espectroscopia de infravermelho. Os principais resultados mostram que a conversão do GO em r-GO aconteceu melhor a uma temperatura de 200°C e com concentração de 3% em peso de GO misturado à pasta de TiO2, por conta de uma melhor remoção dos grupos oxigenados formados junto com o GO obtido sem que houvesse a degradação da pasta por causa da concentração de GO. A conversão do GO para o r-GO é muito importante pois o último apresenta melhores propriedades fotovoltaicas em relação ao primeiro, permitindo que alcance os objetivos propostos no presente trabalho.

This article presents a method for the Maximum Power Point Tracking (MPPT) of a Photovoltaic (PV) panels array with partial shading, applying an Improved Pattern Search Method (IPSM). The method is simulated in PSIM @ and then implemented in hardware in the loop system, emulating the PV array on an industrial computer (Speedgoat) that allows real-time emulations and the IPSM is applied in an Arduino DUE. The experiments were carried out with TP245S-20/WD, KYOCERA KC200GT, YINGLY SOLAR JS65, and MSX60 photovoltaic panels. The results are the proper MPPT with changes in partial shading over time, inducing the increase and decrease of the maximum power point. The results obtained are the search for the global maximum power point in a matrix of panels in which, due to partial shading, it might have several local maximum power points, and thanks to the IPSM algorithm, it always manages to find the global maximum power point. Finally, the results are compared with other methods where it was found that IPSM had faster answers.

his article presents the development of an energy management system using fuzzy logic applied to a microgrid that combines photovoltaic solar energy, wind energy and a storage system with batteries. The model was developed using LabVIEW software and allows to obtain performance results of the photovoltaic generator, the wind turbine and the battery bank. The energy management system can be controlled in real time to take advantage of existing weather conditions. The results indicate that the fuzzy logic system guarantees the continuous operation of the load through the energy resources of the microgrid. The designed microgrid allows to generate 63,288 kWh/year of photovoltaic solar energy and 40,175 kWh/year of wind energy.

Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2020 Submitted by Cristina Manessiez (camanessiez@fc.ul.pt) on 2020-01-24T14:59:43Z No. of bitstreams: 1 ulfc125279_tm_Afonso_Guerra.pdf: 2179814 bytes, checksum: 6937758c72f2cddc6a14dfdc728965e6 (MD5) Made available in DSpace on 2020-01-24T14:59:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ulfc125279_tm_Afonso_Guerra.pdf: 2179814 bytes, checksum: 6937758c72f2cddc6a14dfdc728965e6 (MD5) Previous issue date: 2020

En la zona de Cundinamarca Norte existen aún más de 8400 familias que no tienen electricidad debido a diversos problemas en el funcionamiento del servicio. Destacan entre estas dificultades el terreno remoto, las condiciones climáticas adversas, la falta de tecnología y la pobreza extrema. Ante tal panorama, si combinamos las tecnologías disponibles mediante el estudio de las condiciones ambientales, los patrones climáticos a lo largo del año y los informes históricos, se puede crear un diseño efectivo para un modelo de generación de electricidad y sustentable según las necesidades el municipio. El objetivo del proyecto es el diseño de un sistema factible tecnológicamente, híbrido hidráulico fotovoltaico, aislado de la red para el aprovechamiento de una pequeña población rural. Este sistema está dimensionado a partir de un río que se puede aprovechar para realizar el aporte energético necesario y recibe el apoyo de un sistema fotovoltaico y un tanque de baterías. Del mismo modo, el proyecto tiene la finalidad de crear una demanda escalable unitaria la cual será base para una vivienda rural y, a partir de esta, obtener una demanda estandar de la población. Abstract-- In the northern Cundinamarca area, there are still more than 8400 families that do not have electricity due to various problems in this vital service, among which are: remote terrain, adverse weather conditions, lack of technology and extreme poverty. Given this panorama, if we combine the available technologies by studying environmental conditions, weather patterns throughout the year and historical reports, an effective design can be created for a model of electricity generation and sustainable according to the needs of the municipality. The objective of the project is the design of a system, technologically feasible, photovoltaic hydraulic hybrid, isolated from the network for the use of a small rural population. This system is sized from a river that can be used to make the necessary energy input and is supported by a photovoltaic system and a battery tank. In the same way, the project aims to create a scalable unit demand which will be the basis for rural housing and, from this, obtain a standard demand of the population.

[ES] Tras el estudio de las energías renovables y el aumento de consumo de energía en términos generales, se ha buscado mejorar y entender mejor el uso de la energía solar. Después de concluir que uno de los retos a los que se desafía la energía fotovoltaica es que es poco predecible, se ha desarrollado un algoritmo para la predicción de la radiación solar y temperatura para un punto en concreto del mundo a través de técnicas de inteligencia artificial, en concreto, redes neuronales. Se analizan 3 tipos de redes neuronales pertenecientes a los diferentes grupos de redes neuronales, redes estáticas, las cuales solo permiten el flujo de datos en un sentido, y las redes dinámicas, las cuales cuentan con memoria y permiten el flujo de datos en ambos sentidos. También se estudia qué tipo de red neuronal, así como su estructura, tiene una mejor eficiencia para los datos con los que se están tratando. Además, se han estudiado las diferentes tecnologías de células fotovoltaicas utilizadas con las cuales haciendo uso de las redes neuronales se podría concluir cual es la tecnología más apropiada para cierta instalación fotovoltaica. Palabras clave: Radiación, temperatura, inteligencia artificial, redes neuronales, energía fotovoltaica, células fotovoltaicas., [EN] After studying renewable energies and the increase of the energy consumption in general terms, we have sought to improve and better understand the use of solar energy. Afterwards, it has been concluded that one of the challenges that the photovoltaic energy has to face is that it is not very predictable, therefore an algorithm has been developed for the forecasting of solar radiation and temperature for a specific point in the world through artificial intelligence techniques, specifically, neural networks. 3 different types of neural networks are analysed which belong to two different types of neural network structures, the static structures, which only allow the flow of data in one direction, and dynamic structures, which allow the flow of the data in both directions. In addition, also different structures of those types of neural networks have been considered and tested, comparing which one of them was having a better efficiency for the data which we are dealing with. Moreover, the different photovoltaic cell technologies which are currently being used in the market have been studied and by the use of neural networks, we would be able to conclude which type of cell technology is the most appropriate technology for a certain photovoltaic installation.

Altres ajuts: National University of Science and Technology, Islamabad, Pakistan In this paper, nonlinear sliding mode control (SMC) techniques formulated for extracting maximum power from a solar photovoltaic (PV) system under variable environmental conditions employing the perturb and observe (P and O) maximum power point tracking (MPPT) technique are discussed. The PV system is connected with load through the boost converter. A mathematical model of the boost converter is derived first, and based on the derived model, a SMC is formulated to control the gating pulses of the boost converter switch. The closed loop system stability is verified through the Lyapunov stability theorem. The presented control scheme along with the solar PV system is simulated in MATLAB (matric laboratory) (SMC controller and PWM (Pulse Width Modulation) part) and PSIM (Power electronics simulations) (solar PV and MPPT algorithm) environments using the Simcoupler tool. The simulation results of the proposed controller (SMC) are compared with the classical proportional integral derivative (PID) control scheme, keeping system parameters and environmental parameters the same.

O uso da energia solar vem crescendo cada vez mais e se tornando uma importante fonte para composição da matriz energética mundial. Os módulos fotovoltaicos são capazes de converter a radiação solar em energia elétrica. A produção de energia elétrica por conversão fotovoltaica está diretamente relacionada à disponibilidade da radiação solar, inclinação do módulo, eficiências dos sistemas envolvidos, entre outros fatores. Esta dissertação apresenta uma avaliação dos efeitos de danos mecânicos em células fotovoltaicas, por microfissuras e outros tipos de degradação, através de imagens de eletroluminescência, curva I-V e inspeção visual. Para isso, avaliaram-se quantitativamente e qualitativamente diversos módulos disponíveis no Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (Labsol-UFRGS), com intuito de relacionar danos mecânicos nas células com a potência produzida. Analisaram-se módulos em diferentes condições antes e depois da realização de ensaios mecânicos. Alguns módulos fotovoltaicos, apesar de apresentarem bom aspecto visual, demonstraram uma degradação considerável, impactando assim as suas potências. Por outro lado, módulos com alguma célula danificada ainda apresentaram valores medidos de potência máxima semelhantes aos valores nominais. Módulos de 60 células apresentaram maior resistência aos ensaios mecânicos do que módulos com 72 células. Alguns módulos apresentaram um acréscimo na potência após o ensaio mecânico, apesar de observar-se o aumento de microfissuras, tendo em vista que houve também contatos internos restabelecidos. Destas observações, constatou-se que nas células em que as microfissuras não obtiveram rompimento total de contato, a perda de potência é quase imperceptível, porém é provável que haverá impacto com a propagação do defeito ao longo do tempo de operação. The use of solar energy has been growing more and more and becoming an important source for the composition of the world energy mix. Photovoltaic modules are capable of converting solar radiation into electrical energy. The production of electric energy by photovoltaic conversion is directly related to the availability of solar radiation, module inclination, the efficiency of the systems involved, degradation, among other factors. This dissertation presents an evaluation of the mechanical damage in photovoltaic cells, by microcracks and other types of degradation, through images of electroluminescence, I-V curve, and visual inspection. Therefore, several modules available at the Solar Energy Laboratory of the Federal University of Rio Grande do Sul (Labsol-UFRGS) were evaluated quantitatively and qualitatively, to relate degradation to the impact on power. Modules were analyzed in different conditions before and after mechanical tests. Some photovoltaic modules, despite presenting a good visual aspect, showed considerable degradation, thus impacting their power. On the other hand, modules with some damaged cells still presented measured values of maximum power similar to the nominal values. Modules of 60 cells showed greater resistance to mechanical tests than modules with 72 cells. Some modules showed an increase in power after the mechanical test, despite the increase in micro cracks, considering that internal contacts were also reestablished. From these observations, it was found that in the cells in which the microcracks did not obtain total contact break, the loss of power is almost imperceptible, however it is likely be an impact with the propagation of the defect over the time of operation.

Dissertação (Mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Bibliografia: f.101-105 Com o crescente interesse global em diversificar a matriz energética, tendo como princípio o uso de fontes renováveis, destaca-se a energia proveniente de fonte solar. Em especial, a energia solar fotovoltaica tem apresentado um crescimento significativo nos últimos anos no mercado mundial, devido ao substancial incremento da base de produção e, principalmente, à extraordinária redução do preço verificada nos últimos anos. Por estarem apresentando percentuais significativos de crescimento nos balanços energéticos mundiais e para garantir retorno dos investimentos é necessário que estudos de confiabilidade da tecnologia sejam realizados, para garantir a operação por 20 a 30 anos desses sistemas, que já são tão suscetíveis a diversas condições ambientais. Vários fatores internos e externos vêm sendo estudados a fim de caracterizar e mensurar as diversas perdas na produção de energia elétrica pelos módulos fotovoltaicos. Dentre estes, destacam-se os efeitos da temperatura, que afeta diretamente a tensão do circuito, e a deposição da sujidade sobre a superfície frontal, que reduz a absorção dos fótons pelas células solares, reduzindo sua potência de saída. Este trabalho teve como principal propósito a avaliação experimental do desempenho de módulos fotovoltaicos em função da temperatura de operação da célula e da deposição de sujidade sobre a superfíce destes equipamentos ao longo de um intervalo de um ano. Avaliou-se a relação da densidade gravimétrica com a taxa de sujidade, impactando na transmissividade da camada superficial. Os dados coletados ao longo de um ano contribuíram para observar a tecnologia com melhor comportamento para a região, levando-se em consideração os fatores de temperatura de operação e períodos de exposição sem ocorrência de precipitação significativa. A tecnologia de silício policristalino tem melhor comportamento quando se avalia os efeitos da deposição de sujidade a 25°C, devido à sua maior faixa de absorção óptica, enquanto que o comportamento do telureto de cádmio se mostrou mais eficiente em relação à temperatura de trabalho, sofrendo menos perdas na potência de saída. Para o local em estudo, os efeitos da temperatura são mais significativos do que o da sujidade, tornando o telureto de cádmio uma escolha mais adequada.Palavras-chave: Sujidade; Monitoramento; Transmitância; Densidade Gravimétrica. There is a significant and growing world concern for diversifying the energy matrix, especially toward renewable energy sources. Solar photovoltaic (PV) energy has begun to significantly penetrate the world electricity markets because of substantial increased manufacturing base and especially its extraordinary rapid lowering in price over the past years. As a result, there is an increased research investment in PV technology reliability, important to ensuring the needed 20-30 year operation of these systems. Several internal and external factors have been studied in order to characterize and measure the various losses in the production of electricity by photovoltaic modules, among them, stands out the temperature effects, which directly affect the voltage, and the soiling deposition on the surface, that reduces photon absorption by the solar cells, reducing its output power. This work had, as main purpose, the experimental evaluation of the performance of photovoltaic modules in function of cell operation temperature and the soiling deposition on the surface of these equipments; and also evaluates the relationship among the gravimetric density and the soiling ratio, that has an impact on the transmissivity of the surface layer. The data collected over a year contributed to observe the technology with the best performance for the region, taking into account the operating temperature and the periods of exposure without significant precipitation. The polycrystalline silicon technology performs better when evaluating continuous soiling days at the 25°C, due to its higher optical absortion range. While the cadmium telluride behavior was more efficient in relation to the operating temperature, with smaller losses in the output power. For the site under study, the effects of temperature are more significant than the effect of soiling, making cadmium telluride a more appropriate choice. Keywords: Soiling; Monitoring; Transmittance; Gravimetric Density.

Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2020-06-19T18:25:21Z No. of bitstreams: 1 Marco A C Teixeira.pdf: 3886790 bytes, checksum: 9a6f1a52679407ab6ba1be2af9e6da5f (MD5) Made available in DSpace on 2020-06-19T18:25:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marco A C Teixeira.pdf: 3886790 bytes, checksum: 9a6f1a52679407ab6ba1be2af9e6da5f (MD5) Previous issue date: 2019-12-11 The Brazilian energy matrix is essentially made up of hydropower renewable energies, a greater diversification of these clean energies through the expansion of studies in the field of photovoltaic solar energy is an important way to achieve environmental sustainability. Solar energy being a renewable energy can be transformed into electricity through solar panels directly from the received solar radiation. Brazil is a country that receives a reasonable amount of solar radiation throughout the year and this technology has advantages such as installation and maintenance with low costs and especially the non-generation of environmental impacts during the operation phase. The photovoltaic market is dominated by silicon technology, but new second and third generation cell technologies are being developed. Thin-film, Organic, Multi-junction and Perovskite film technologies, among others, offer the opportunity to reduce costs, be flexible and have low weight and transparency with the possibility of conquering new niche markets. From this point of view, the overall objective of the research was: "To analyze materials with strategic potential to compete with silicon in the composition of photovoltaic solar cells." Therefore, two interconnected and sequential studies were performed. The first study performed a systematic literature review, which allowed us to recover the main research on the most studied materials. The most promising and alternative silicon materials were grouped into 11 different categories, the main ones being Thin-film cells (A-Si, CdTe, CIGS, GaAs), Multijunction cells (Hybrid, Multijunction, Single-junction), Perovskite cells (PSC), Dye-sensitized cells (DSSC), Organic cells (OPV) and Quantum dot cells (QDSSC). With the main categories of materials selected, a second complementary scientific study was performed to retrieve the information on unprotected patents in Brazil in the PATENTSCOPE database. Finally, using the results of the two studies, it was possible to analyze the names of the inventors, the countries of origin, the dates of deposits, the depositing companies, the title, the summary and the technological classification for possible use of this information for photovoltaic solar use in the Brazil. Thus, it was possible to say that the information obtained for solar photovoltaic technology could be analyzed and the information could be used to expand the knowledge of the technologies that make up photovoltaic solar cells. A matriz energética brasileira é essencialmente constituída por energias renováveis de natureza hidráulica, uma maior diversificação dessas energias limpas por meio da ampliação dos estudos na área da energia solar fotovoltaica é um importante caminho para obtenção da sustentabilidade ambiental. A energia solar sendo uma energia renovável pode ser transformada em eletricidade por meio de painéis solares diretamente da irradiação solar recebida. O Brasil é um país que recebe uma quantidade razoável de irradiação solar ao longo do ano e esta tecnologia apresenta vantagens como instalação e manutenção com custos baixos e principalmente a não geração de impactos ambientais durante a fase de operação. O mercado de produtos fotovoltaicos é dominado pela tecnologia do silício, mas novas tecnologias de células de segunda e terceira gerações estão sendo desenvolvidas. As tecnologias de filmes finos, orgânicas, múltiplas junções e perovskita entre outras oferecem a oportunidade de reduzir custos, serem flexíveis, terem baixo peso e transparência com a possibilidade de conquista de novos nichos de mercados. Sob este ponto de vista, o objetivo geral da pesquisa foi: "Analisar os materiais com potencial estratégico para competir com o silício na composição de células solares fotovoltaicas". Para tanto foram realizados dois estudos interligados e sequenciais. O primeiro estudo realizou uma revisão sistemática da literatura, que permitiu recuperar as principais pesquisas sobre os materiais mais estudados. Os materiais mais promissores e alternativos ao silício foram agrupados em 11 categorias diferentes, sendo as principais as células de filme fino (A-Si, CdTe, CIGS, GaAs), as células Multijunção (Hybrid, Multijunction, Single-junction), as células solares perovskita (PSC), as células sensibilizadas por corantes (DSSC), as células orgânicas (OPV) e as células de ponto quântico (QDSSC). Com as principais categorias de materiais selecionadas, foi realizado um segundo estudo Cientométrico complementar para recuperar as informações de patentes não protegidas no Brasil no banco de dados PATENTSCOPE. Finalmente, utilizando os resultados dos dois estudos, foi possível analisar os nomes dos inventores, os países de origem, as datas de depósitos, as empresas depositantes, o título, o resumo e a classificação tecnológica para eventual aproveitamento dessas informações para uso solar fotovoltaico no Brasil. Deste modo, foi possível dizer que as informações obtidas para a tecnologia solar fotovoltaica, puderam ser analisadas e as informações poderão ser utilizadas para a ampliação do conhecimento das tecnologias que compõem as células solares fotovoltaicas.

[ES] La superpoblación prevista para los próximos años es uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta el planeta pues implica un agotamiento de los recursos naturales. Para evitarlo, se debe recurrir a fuentes de energía sostenibles como la energía fotovoltaica. Sin embargo, su uso conlleva problemas como el coste, la rigidez de los paneles y las áreas de terreno adicional necesarias. Los recientes avances en el desarrollo de células fotovoltaicas flexibles han posibilitado su integración en cristal, cerámica, fachadas y tejados. Sin embargo, en las ciudades, existen multitud de aplicaciones en las que encontramos tejidos expuestos al Sol tales como toldos, carpas, pérgolas o cubiertas, utilizados únicamente como protección solar. Hasta ahora no había sido posible dotar a estos productos de una nueva funcionalidad porque su uso requiere flexibilidad, versatilidad, ligereza y resistencia. En este trabajo se recoge la investigación y el desarrollo experimental de la integración de células fotovoltaicas flexibles en tejidos a través de diferentes procesos textiles. Las conclusiones y futuros pasos propuestos servirán de base para el desarrollo de productos concretos e instalaciones fotovoltaicas textiles, ayudando así a la transformación de las ciudadesactuales en “Smart Cities” que, mediante la tecnología, creen servicios públicos más eficientes y sostenibles, mejorando así, la calidad de vida de sus ciudadanos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Ao longo dos anos, a contribuição da energia fotovoltaica para um mundo ambientalmente consciente está continuamente crescendo, enquanto seus custos, reduzindo. Nas tecnologias fotovoltaicas (PV), a temperatura da célula solar e a irradiação solar incidente são os principais fatores os quais afetam seu desempenho. O foco desse trabalho é a análise da influência da temperatura sobre as células fotovoltaicas, tendo em vista seu impacto nos parâmetros físicos desta tecnologia, na capacidade de simulação dos modelos equivalentes existentes e na efetividade dos simuladores solares. Por conseguinte, a fim de compreender esses efeitos, fezse um estudo acerca do impacto da temperatura nos parâmetros de desempenho de uma célula solar de silício, uma busca por qual o modelo mais adequado para simular células fotovoltaicas com a temperatura de operação variando e uma análise do efeito da temperatura nas condições de simulação ao utilizar um simulador de baixo custo, o SOLSIM. O experimento foi realizado utilizando células fotovoltaicas policristalinas de silício com um intervalo de temperatura de 20 a 60 °C sobre uma intensidade luminosa média de 1.000 W/m², empregando um simulador solar (SOLSIM) desenvolvido pelo INPE e adaptado pelo autor. Neste trabalho, uma breve revisão das diversas relações matemáticas envolvendo a influência da temperatura sobre as células solares foi desenvolvida. Mostrou-se que no intervalo entre 20 e 60 °C os parâmetros da célula solar de silício policristalino variam linearmente com a temperatura, e a potência é reduzida com o aumento da temperatura. Na literatura, identificaram-se sete equações as quais determinam a dependência entre os parâmetros da célula solar e a temperatura. As principais pesquisas acerca do problema de estimação dos parâmetros dos modelos equivalentes de células solares são classificadas de acordo com o número de parâmetros, a forma de extração dos parâmetros, as equações de translação e o material da célula. Uma classificação qualitativa foi realizada e, assim, encontraram-se quatro modelos como sendo os melhores para simular o comportamento de uma célula PV: Boutana et al. (2017), Mahmoud and Xiao (2013), Orioli and Di Gangi (2013) and Ishaque (2011). A temperatura é determinante do valor teórico máximo para a corrente gerada em função do simulador solar utilizado. Over the years, the contribution of photovoltaics energy to an eco-friendly world is continually increasing and its costs reducing. In photovoltaic (PV) technologies, the solar cell temperature and incident solar radiation are the main factors that affect their behaviors. The focus of this work is the analysis of temperature influence over the solar cells, in view of its impact on physical parameters of this technology, on simulation capacity of the existent equivalent models an on effectiveness of solar simulators. Therefore, to comprehend these effects, it was performed a study on the impact of cell temperature on the performance parameters of silicon solar cell, a search for the most suitable model to emulate a solar cell when its operation temperature varies and a analysis of the temperature effect on conditions of simulation while using a low cost solar simulator, the SOLSIM. The experiment was carried out using a polycrystalline silicon solar cell with the temperature in the range 20–60 °C at constant light intensity 1,000 W/m2 employing a solar cell simulator (SOLSIM) developed by the INPE and adapted by the author. In this work, it was made a brief review of the various existing mathematical relationships involving the influence of temperature over solar cells. In the range 20-60 °C, the polycrystalline solar cell parameters varied linearly with temperature, and the power is reduced with temperature increasing. In literature, it was identified seven equations which determine the dependence between the solar cell parameters and the temperature. The main existing research works on PV cell model parameter estimation problem are classified according to number of parameters, parameters’ extraction, translation equations and PV material technology. A qualitative comparative ranking was made and four models was found to be the best ones to emulating PV cell: Boutana et al. (2017), Mahmoud and Xiao (2013), Orioli and Di Gangi (2013) and Ishaque (2011). The temperature is determinant of the maximum theoretical value to photogenerated current in function of the used solar simulator.

O projeto por este artigo relatado tem a intenção de estudar a variabilidade da utilização de energia renovável capturada por meio de células fotovoltaicas para aplicação em tecnologia assistiva. As células estariam dispostas em uma superfície de um dispositivo vestível, um boné. Desse modo, a energia solar armazenada em uma bateria recarregável será utilizada para alimentar um detector de distância e de presença, ideal para assistir deficientes visuais., XII SIMPÓSIO DE ENGENHARIA BIOMÉDICA - IX SIMPÓSIO DE INSTRUMENTAÇÃO E IMAGENS MÉDICAS

Submitted by Cláudia de Fátima Moura (claudiaf@ucb.br) on 2019-10-19T16:38:37Z No. of bitstreams: 1 GleicielmadeSousaBatistaTCCGraduacao2019.pdf: 901682 bytes, checksum: cdf97377eab27f0418cf6c9f22cf1187 (MD5) Approved for entry into archive by Sara Ribeiro (sara.ribeiro@ucb.br) on 2019-10-25T14:42:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 GleicielmadeSousaBatistaTCCGraduacao2019.pdf: 901682 bytes, checksum: cdf97377eab27f0418cf6c9f22cf1187 (MD5) Made available in DSpace on 2019-10-25T14:43:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GleicielmadeSousaBatistaTCCGraduacao2019.pdf: 901682 bytes, checksum: cdf97377eab27f0418cf6c9f22cf1187 (MD5) Previous issue date: 2019-06-14 O panorama de consumo energético mundial tem impulsionado pesquisas relacionadas às fontes alternativas de energia que diminuam os recorrentes problemas ambientais. Dentro deste cenário têm se destacado estudos voltados às células fotovoltaicas, que dispõe de tecnologia limpa, sustentável e cada vez mais promissora. As células fotovoltaicas são divididas em três gerações: a primeira produzida através do silício, a segunda, são constituídas de filmes finos inorgânicos e a terceira que está em processo de desenvolvimento, tem como preocupação a abundância dos materiais utilizados em sua fabricação, sendo não poluentes, leves, flexíveis e eficientes na captação de energia. Para identificar as tendências tecnológicas da energia solar se faz necessário o estudo do funcionamento das células fotovoltaicas feitas de silício e as de terceira geração, comparando as duas categorias. The global energy consumption panorama has been driving research related to alternative energy sources that reduce the recurring environmental problems. Within this scenario, studies on photovoltaic cells, which have clean, sustainable and increasingly promising technology have stood out. The photovoltaic cells are divided into three generations: the first produced through silicon, the second, are those made of inorganic thin films and the third that is in the process of development, is concerned with the abundance of materials used in their manufacture, being non-polluting, light, flexible and efficient in capturing energy. To identify the technological trends of solar energy it is necessary to study the functioning of photovoltaic cells made of silicon and those of third generation, comparing the two categories.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O interesse no desenvolvimento de novos materiais que possam ser utilizados em células fotovoltaicas é crescente no cenário cientifico, devido a necessidade da substituição das matrizes energéticas derivadas do petróleo por fontes de energia renováveis. Os dispositivos fotovoltaicos orgânicos têm se destacado na comunidade científica devido a possibilidade de fabricação de células solares flexíveis e de baixo custo, principalmente pela produção via técnicas baratas e rápidas (como impressão jato de tinta). Vários estudos têm como objetivo aprimorar os valores de eficiência desses dispositivos, buscando a síntese de novos materiais e novas formas de processamento. Entre os materiais que estão sendo desenvolvidos para essa aplicação os compostos derivados do dicetopirrolopirrol (DPP) ocupam um lugar de destaque, sendo amplamente empregados como “blocos” deficientes de elétrons na síntese de moléculas ou copolímeros do tipo doador – aceitador (D-A). Neste trabalho foram sintetizados e caracterizados derivados do DPP, visando a aplicação destes compostos em células solares orgânicas. Estudos preliminares utilizando o 2,5-dihexil -3,6 - bis (5'' – hexil - [2, 2':5', 2''- tertiofeno] – 5 -il) pirrolo [3,4-c]pirrol-1,4(2H,5H)-diona (DPP_3Th) como camada ativa em uma célula solar bicamada com a configuração ITO/PEDOT:PSS/DPP_3Th:C70/Al apresentaram uma eficiência de cerca de 1% e um potencial de circuito aberto de 0,72 V e uma corrente de curto circuito de 2,4 mA cm- 2, indicando que os resultados obtidos são promissores. The interest in the development of new materials that can be used in photovoltaic cells is increasing in the scientific scenario, due to the need to replace the energy matrixes derived from petroleum by renewable and clean energy sources of easy production. Organic photovoltaic devices have stood out in the scientific community due to the possibility of manufacturing flexible solar cells of low cost of manufacture, mainly due to the possibility of production via printing techniques. Several studies aim to improve the efficiency values of these devices, seeking the synthesis of new materials and new forms of processing. Among the materials being developed for this application, the diketopyrrolopyrrole (DPP) derivatives occupy a prominent position, being widely used as electron deficient "blocks" in the synthesis of molecules or polymers of the donor-acceptor (D - A) type. In this work DPP derivatives were synthesized and characterized, aiming the application of these compounds in organic solar cells. Preliminary studies using 2,5-dihexyl-3,6-bis(5"-hexyl- [2,2': 5',2"- thothiophene]-5-yl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4(2H, 5H)-dione (DPP_3Th) as an active layer in a bilayer solar cell having the ITO / PEDOT: PSS / DPP_3Th: C70 / Al configuration showed an efficiency of about 1% and an open circuit potential of 0,72 V, and a short-circuit current of 2,4 mA cm-2, indicating that the results obtained are promising.

Dissertação (Mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrica. Bibliografia: f. 66-71 O enfoque principal do trabalho foi dado à técnica de Controle por Modos Deslizantes aplicadaem um sistema fotovoltaico off-grid e um conversor Boost, com a finalidade de se elevar a tensãode um painel fotovoltaico. A estratégia de controle tem por objetivo a utilização de técnicas decontrole com modos deslizantes para a elaboração simples de sistemas robustos e com variaçõesàs incertezas. São utilizados observadores de estados que possuem características de mododeslizante, o qual realiza a estimação robusta do vetor de estados que na maioria dos casospráticos não é totalmente acessível. Os métodos de projetos propostos podem ser aplicados nocontrole de circuitos estáveis ou instáveis com atraso no sinal de controle e acesso somente àsaída. Para comprovar a eficiência dos projetos apresentados no trabalho, analisou-se a técnicaverificando a forma do comportamento e consequentemente o funcionamento do circuito emquestão e comparado com um controlador linear e também com sistemas utilizando a técnica porModos Deslizantes. O sistema de controle apresentado baseia-se em uma malha fechada, na qualpossui uma realimentação com a informação de saída do sistema de medida, através detransdutores, e assim compara com o sinal de referência e corrigi a saída mediante o sinal decontrole. Esta realimentação faz possível a estabilização dos sistemas instáveis, melhorando suarobustez frente às variações do comportamento de alguma parte do sistema, ou atenuandoperturbações externas não mensuráveis. No projeto de um controlador é possível que surjamdiscrepâncias entre a planta real e a modelagem desenvolvida, devido a diversos fatores, tais comoo tempo de resposta, amortecimento e overshoot da resposta. Foram realizadas simulações viaMatLab/Simulink com a finalidade de se analisar e avaliar a robustez do sistema de controle e aredução de chattering, envolvendo o conversor com perturbações com diferentes valores deirradiância do painel fotovoltaico e também de temperaturas diferentes.Palavras chave: Chattering, Controle por Modo Deslizantes, Conversor Boost, MatLab/Simulink, Rastreamento de Máxima Potência (MPPT). The main focus of the work was the Sliding-Mode Control technique applied in an off-gridphotovoltaic system, and a Boost converter in order to step-up the voltage of a photovoltaicpanel. The control strategy has as objective the use of control techniques with sliding modesfor the simple elaboration of robust systems and with variations to the uncertainties. Stateobservers are used that have characteristics of sliding mode, which makes the robust estimationof the state vector that in most practical cases is not fully accessible. The proposed projectmethods can be applied in the control of stable or unstable circuits with delay in the controlsignal and access only to the output. To verify the efficiency of the projects presented in thework, the technique was analyzed by checking the behavior and consequently the operation ofthe circuit in question and compared with a linear controller and systems using the SlidingModes technique. The control system presented is based on a closed loop, in which it has afeedback with the output information of the measuring system, through transducers, and thuscompares with the reference signal and corrects the output by the control signal. This feedbackmakes it possible to stabilize unstable systems by improving their robustness against variationsin the behavior of some part of the system or by attenuating non-measurable externaldisturbances. In the design of a controller it is possible that discrepancies arise between theactual plant and the developed model, due to several factors, such as response time, dampingand overshoot of the response. MatLab / Simulink simulations were performed with the purposeof analyzing and evaluating the robustness of the control system and the reduction of chattering,involving the converter with disturbances with different values of irradiance of the photovoltaicpanel and different temperatures.Keywords: Chattering, Sliding Mode Control, Boost Converter, MatLab / Simulink, Maximum Power Point Tracking (MPPT).

El trabajo de investigación desarrolla un sistema que garantiza el suministro de energía eléctrica en un sistema de generación fotovoltaico asilado de la red de suministro, utilizando teoría de control e identificación de sistemas. El trabajo deja una base para futuros desarrollos en control de cargas y estimación de cantidad energía disponible en este tipo de sistemas. Magíster en Ingeniería Electrónica Maestría

Orientador: Prof. Dr. Nelson Studart Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, Santo André, 2019. Entre os desafios da atualidade, o ensino de uma Física contemporânea, interessante e contextualizada é essencial para a aprendizagem significativa dessa Ciência pelos estudantes do Ensino Médio. Fundamentada nessa ideia, essa dissertação apresenta uma proposta de ensino sobre o tema Energia Solar, dividido em três eixos de estudo, sendo o primeiro, a produção da energia no Sol, o segundo eixo, a propagação dessa energia pelo espaço e atmosfera da Terra, e no terceiro eixo, a captação dessa energia e transformação em eletricidade. A metodologia utilizada consistiu na criação de um curso híbrido sobre o tema com a disponibilização de um Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA), experimentos, jogos de quiz, entre outros, inseridos em uma Sequência Didática (SD). Esta SD fornece metodologias ativas inovadoras e diversificadas, baseadas no uso de dispositivos (computadores, tablets ou telefones celulares) para realizar previamente atividades disponíveis no AVA, e a seguir, atividades e discussões em sala de aula mediadas pelo(a) professor(a). O AVA foi construído de forma simples por meio de ferramentas como Google Sites, YouTube e Google Forms. Os jogos de quiz foram criados no Kahoot e o simulador usado é do PhET. Todas as plataformas e ferramentas descritas podem ser acessadas gratuitamente na internet, sendo as mesmas de fácil utilização para a criação de material educacional, não requerendo qualquer conhecimento específico de linguagens de programação. Assim, professores podem desenvolver seus materiais educacionais em um AVA de forma semelhante, usando apenas criatividade e internet. Among the challenges of today, the teaching of a contemporary, interesting and contextualized Physics is essential for meaningful learning of this Science by high school students. Based on this idea, this dissertation presents a teaching proposal on Solar Energy, distributed along three lines of study. The first one deals on the production of energy in the sun, the second one, on the propagation of this energy through the space and Earth¿s atmosphere, and the third line considers the absorption of this energy and its transformation into electricity. The methodology consisted in the creation of a hybrid course on the subject with the availability of a Virtual Learning Environment (VLE), experiments, quiz games, among others, inserted in a Teaching Sequence (TS). This TS provides innovative and diversified active methodologies based on the use of gadgets (computers, tablets or mobile phones) to perform previously the activities available in the VLE, and in the following, classroom activities and discussions mediated by the teacher. VLE was built simply using Google Sites, YouTube, and Google Forms. Quizzes games were created in Kahoot and the simulator used is from PhET. All platforms and tools described can be accessed for free on the internet. These tools are quite easy to use for creating educational material, not requiring any specific knowledge of programming languages. Therefore, teachers can develop their educational materials in a VLE in a similar way, using only creativity and internet.

[eng] This thesis is devoted to the development of new annealing strategies via Rapid Thermal Processing (RTP) for Earth-abundant Cu2ZnSn(Sx,Se1-x) (CZTSSe) kesterite solar cells, which show a clear consensus amongst the scientific community as one of the most suitable production techniques for a posterior industrial implementation. RTP contains several advantages, mostly summarized in: the employment of fast heating halogen lamps in common with the industry, better suited for obtaining an accurate control of the process and the obtainment of high Se vapour pressures since the very beginning of the annealing, which in this thesis have been proven to have strong impacts on the final device characteristics. This thesis is englobed into the so-called sequential processes where the precursor and the absorber are obtained in different steps. It has been developed and optimized an annealing process for the baseline established at IREC, where the precursor is synthesized via sputtering and later annealed in a furnace. The aim of the developed annealing strategy has consisted on obtaining the fastest annealing possible without compromising the final efficiency and properties of the solar cell. Thanks to the annealing procedure stablished in this thesis, it could be reached up to 8.3% efficiency in an only 12 minutes annealing process. Once an RTP annealing procedure was developed and optimized, it was of key importance to deeply understand and comprehend the insights into the process and the formation pathways to synthesize the kesterite on it. In order to do so, the process was stopped at several intermediate key steps and strongly characterized, depicting the very early formation of the kesterite and that the kesterite synthesis process, for the RTP annealing procedure at IREC, it is driven by a competition between two formation mechanisms (ruled either via ternary or binary compounds). In this thesis is stated and commented why the formation mechanism driven by the ternary compound is preferred over the one ruled via binaries. In this thesis it is also provided a study about the kinetics present on the RTP process, where the kinetic orders for the different formation mechanisms to synthesize the kesterite are analysed, complemented by a deep and extensive analyse of the phases present through the process. By the combination of the kinetic and phase analysis, it is concluded that even the less favourable formation mechanism driven by binaries compounds can be reduced to a marginal extent yet it can never be completely overcome as it is always present. This process might end into detrimental secondary phases for the devices final performing, endorsing the necessity of extra processing steps such as chemical etchings to counteract their effects. Finally, in order to study the robustness of the annealing process stablished through this thesis, the RTP annealing process has been tested onto precursors synthesized by electrodeposition, instead of sputtering as usual in IREC’s standard baseline. Electrodeposited precursors have been obtained by the co-electrodeposition approach and later submitted to the RTP annealing. Efficiencies up to 5.2% have been achieved by this combination, which are the highest reported by this sequence so far, proving the robustness of the RTP annealing procedure developed and optimized in this thesis., [spa] Esta tesis estudia el desarrollo de nuevas estrategias de recocido por Rapid Thermal Procesing (Procesos de Recocido Rápidos) para celdas solares de kesterita, Cu2ZnSn(Sx,Se1-x) (CZTSSe), gracias a que las celdas de kesterita únicamente poseen en su estructura materiales abundantes en la corteza terrestre y además, la producción por RTP es una de las técnicas que posee mayor consenso entre la comunidad científica para una plausible aplicación industrial posterior. Para la síntesis de la kesterita, la línea desarrollada en IREC se basa en los procesos secuenciales. En ellos se obtiene el precursor por sputtering y el absorbedor mediante hornos en etapas claramente diferenciadas. En esta tesis se presenta el estudio del desarrollo y optimización de un proceso de recocido basado en dos etapas por RTP, donde se busca minimizar el tiempo de recocido, sin comprometer las propiedades de la celda solar. Con susodicho proceso, se han llegado a obtener celdas con eficiencias de hasta 8.3% con un tiempo de recocido de solamente 12 minutos. A continuación, se presenta un estudio en profundidad sobre los entresijos del proceso de recocido, ayudando a esclarecer las partes intermedias del proceso, concluyendo que el proceso de síntesis de la kesterita procede por una competición entre mecanismos: el mecanismo dirigido por compuestos ternarios y el segundo por compuestos binarios. En la presente tesis se provee además con un estudio sobre la cinética de reacción para la síntesis de la kesterita por RTP, presentando los órdenes de reacción y concluyendo mediante un exhaustivo análisis de fases que no es posible la completa erradicación de los compuestos binarios para la síntesis de la kesterita. Finalmente, para estudiar la robustez del proceso de recocido desarrollado por RTP, ha sido extendido a precursores obtenidos por otra técnica de síntesis, en este caso la técnica escogida ha sido la del electrodepósito. Mediante el uso de precursores obtenidos por co-electrodepósito y su posterior recocido por RTP, se ha demostrado la robustez del proceso desarrollado en esta tesis al obtener eficiencias de hasta el 5.2%, la más alta reportada con esta secuencia.

103 páginas. Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales. Se sintetizaron nanopartículas de Si embebidas en una matriz de ZnO en forma secuencial mediante la técnica de sputtering de radio frecuencia con atmósfera reactiva de Ar/O2. Las micrografías de MEB y AFM confirman la formación de las nanopartículas de ZnO; además mediante espectroscopia Raman y FTIR es posible observar la formación de ZnO en los sustratos de vidrio y silicio. Los espectros de transmitancia de UV-VVIS arrojan que el silicio nanoestructurado de las muestras sintetizadas a temperatura ambiente y a 300 °C presenta un ancho de banda prohibida de 1.86 y 1.84 eV respectivamente; mientras que el ZnO presenta un ancho de banda prohibida de 3.3 eV. El desempeño fotoluminiscente del ZnO se incrementó debido a la presencia del silicio confinado en las muestras sintetizadas a temperatura ambiente y a 300°C. En cuanto a sus propiedades eléctricas, la muestra crecida a 500°C del sistema ZnO/Si/ZnO mostró el mayor desempeño. La estructura ZnO/Si/ZnO podría ser potencialmente utilizada en aplicaciones fotovoltaicas y optoelectrónicas, como material conductor transparente y emisor de luz.

[eng] The development of sustainable energy sources with a high energy return on energy investment (EROI) that can substitute fossil fuels is a must in order to avoid the collapse of our current civilization. In this context, this work explores the feasibility of fabricating efficient Cu2ZnSn(Sx,Se1-x)4 (kesterite) solar cells on three strategic substrates: polyimide, ceramic and SnO2:F-coated soda-lime glass (SLG/FTO). These substrates present several advantages with respect to the standard SLG/Mo. Polyimide is compatible with roll-to-toll production processes and easily integrable in many applications thanks to its light weight and flexibility, ceramics have a direct application in building-integrated photovoltaics as solar tiles and the transparency of SLG/FTO enables advanced photovoltaic concepts like bifacial and tandem solar cells as well as the fabrication of semi-transparent devices. Their combination with a sustainable thin film photovoltaic technology based on Earth-abundant materials like kesterites has the potential of decreasing the energy fabrication cost and, thus, of increasing the EROI of photovoltaics through: 1) high throughput production, 2) integration and 3) advanced applications and functionality. However, these substrates also present several drawbacks. Alkalis, especially Na, are fundamental to achieve high efficiency devices but polyimide and ceramics are alkali-free materials. Likewise, FTO acts as a barrier for alkalis. In addition, polyimide presents a low thermal robustness that limits process temperatures below 500ᵒC, ceramics are very rough and possess detrimental impurities and the use of FTO as back contact leads to a non-optimum p-kesterite/n-FTO interface. This work focuses on the implementation of specific strategies to adapt the kesterite solar cell fabrication process to the characteristics of the different substrates. A combination of alkaline doping and low-temperature annealings is studied for the fabrication of Cu2ZnSnSe4 solar cells on polyimide. While doping with NaF and KF is found to lead to critical improvements, working at low temperature is linked to the formation of SnSe2. This phase decreases the open-circuit voltage of the devices and is the main factor controlling their performance. Further experimentation leads to a 4.9% efficiency record device by combining NaF and Ge doping and a 480ᵒC annealing. In the case of ceramic, vitreous enamels with controlled amounts of Na2O in their composition are used as surface smoothers, Na sources and impurity barriers, simultaneously. However, large amounts of Na2O in the enamel composition result in high densities of surface defects: undulations, pinholes and cracks. While undulations and pinholes are rather benign, cracks strongly deteriorate the back contact. In addition, the annealing time needs to be controlled to avoid the formation of SnSe2. Besides these issues, enamelled ceramic substrates are observed to behave similarly to SLG yielding a record Cu2ZnSnSe4 device with a 7.5% efficiency. Regarding SLG/FTO, the addition of transition metal oxides (TMOs) and/or Mo:Na nanolayers is studied as an approach to improve the back interface of the devices. Mo:Na is found to alleviate shunting and recombination issues and to protect FTO from degradation during annealing which leads to highly improved devices, especially for Cu2ZnSnS4. On the other hand, TMOs introduce a severe current blockage. However, the combination of the TiO2 and V2O5 with Mo:Na is observed to boost the beneficial effects of the latter in Cu2ZnSnSe4 and Cu2ZnSn(S,Se)4 devices. Although these multi-layered back interfaces exhibit a complex behaviour, this approach results in record efficiencies of 6.2%, 6.1% and 7.9% for Cu2ZnSnSe4, Cu2ZnSnS4 and Cu2ZnSn(S,Se)4 devices, respectively. These results represent the highest efficiencies ever reported for kesterite solar cells fabricated on polyimide, ceramic and transparent substrates and give proof of their large potential for sustainable kesterite-based photovoltaics., [spa] Esta tesis estudia el desarrollo de células solares de Cu2ZnSn(Sx,Se1-x)4 (kesterita) sobre sustratos de poliimida, cerámica y vidrio recubierto con SnO2:F (SLG/ITO). Estos sustratos presentan una serie de ventajas frente al estándar SLG/Mo como su compatibilidad con procesos de fabricación rollo a rollo (poliimida), con fotovoltaica integrada en edificios (todos) y/o la posibilidad de aplicaciones y funcionalidades avanzadas (poliimida y SLG/FTO). Sin embargo, también poseen características que dificultan la fabricación de células solares de kesterita como la falta de elementos alcalinos (todos), su baja resistencia térmica (poliimida), su alta rugosidad (cerámica) o su conductividad tipo n (SLG/FTO). Este trabajo se centra en la implementación de estrategias para la fabricación de células solares de kesterita de alta eficiencia atendiendo a las características de cada sustrato. En el caso de la poliimida, se utiliza una combinación de dopaje alcalino y procesos de recocido a baja temperatura la cual permite obtener un dispositivo Cu2ZnSnSe4 record con una eficiencia del 4.9% combinando dopaje con NaF y Ge y una temperatura de 480ᵒC. Los sustratos cerámicos se recubren con un esmalte vítreo que contiene una cantidad controlada de Na2O en su composición y que actúa como reductor de la rugosidad superficial, fuente de Na y barrera para impurezas. A pesar de que altas concentraciones de Na2O provocan defectos superficiales, los sustratos cerámicos esmaltados presentan un comportamiento muy similar al vidrio con un dispositivo Cu2ZnSnSe4 record de 7.5% de eficiencia. En cuanto a los sustratos SLG/FTO, se estudia el depósito de nanocapas de óxidos de metales de transición (TMOs) y de Mo:Na para mejorar la interficie trasera kesterita-p/FTO-n de los dispositivos. Los TMOs inducen una fuerte barrera eléctrica mientras el Mo:Na se muestra fundamental para la fabricación de dispositivos eficientes. Sin embargo, el uso conjunto de Mo:Na y TiO2 o V2O5 amplifica los efectos beneficiosos del Mo:Na lo que permite obtener un dispositivo Cu2ZnSn(Sx,Se1-x)4 record con una eficiencia de 7.9%. Estas son las eficiencias más altas reportadas para células solares de kesterita sobre poliimida, cerámica y SLG/FTO y demuestran el potencial de estos sustratos para el desarrollo de una fotovoltaica sostenible basada en kesterita.

Tese (Doutorado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Bibliografia: f. 149-157 O objetivo principal desse trabalho foi propor e desenvolver uma metodologia para quantificar a taxa de sujidade (SRatio) e a relação de sujidade diária (SRate) para diferentes tecnologias fotovoltaicas, instaladas em diferentes zonas climáticas no Brasil. Este trabalho também inclui a validação desses procedimentos analíticos para estações de monitoramento de sujidade compostas por módulos de silício policristalino (p-Si) e telureto de cádmio (CdTe-filme fino). Inicialmente, a classificação de Kppen-Geiger (1928) foi utilizada para investigar e diferenciar geograficamente as várias zonas climáticas no Brasil. Esse mapa possibilitou a seleção de locais geográficos relevantes para a instalação de estações de monitoramento de sujidade e de equipamentos meteorológicos representativos das diversas condições climáticas. Os dados meteorológicos e os parâmetros elétricos e térmicos dos módulos fotovoltaicos foram coletados e analisados e um modelo matemático determinou o SRatio e SRate para as cidades de Belo Horizonte/MG e Porto Alegre/RS. A partir das características do SRatio, os dados do período de estiagem foram utilizados para estimar o SRate, através do estimador de Theil-Sen. Além disso, um método para analisar dados de produção de energia de sistemas fotovoltaicos, visando a extrair a relação de sujidade diária, foi desenvolvido e é apresentado. Esse método considera que o SRate pode ser determinado através da taxa em que a produção de energia de sistemas fotovoltaicos varia durante o período de estiagem, sendo associado à deposição natural de sujidades. As metodologias estação de monitoramento de sujidade e sistema fotovoltaico foram comparadas e discutidas. As variáveis meteorológicas foram relacionadas com as taxas de sujidade estimadas e os resultados indicaram baixo coeficiente de correlação (R2), sendo apenas o número de dias secos o melhor fator de correlação quanto à taxa de sujidade, mostrando a complexidade do processo de sujidade. O ineditismo e as principais contribuições desse trabalho de pesquisa incluem: (1) o desenvolvimento de metodologia para estimar e comparar a perda de desempenho por sujidade através de estações de monitoramento de sujidade e dados de sistemas fotovoltaicos de localidades no Brasil; (2) a inédita aquisição e comparação de SRatio e SRate anual para duas localidades, em zonas tropical e subtropical no Brasil; e (3) o uso combinado de módulos Si-cristalino e CdTe-filme fino em localidades para avaliar e validar os diferentes efeitos espectrais e o desempenho para sujidades não uniforme/uniforme. Palavras-chave: Taxa de sujidade. Relação diária de sujidade. Estação de monitoramento. Sistemas fotovoltaicos. Condições meteorológicas. The major objective of this work has been to propose and develop a methodology to quantify the soiling ratio (SRatio) and the soiling rate (SRate) for different photovoltaic technologies installed in diverse climate-zones in Brazil. This research also includes the validation of these analytic procedures for soiling monitoring stations composed of both polycrystalline-Si and thin-film CdTe modules. Initially, the classification of Kppen and Geiger (1928) was utilized to investigate and geographically differentiate the various climate zones in Brazil. This map enabled the selection of relevant geographical sites for the installation of soiling monitoring stations and meteorological equipment representative of the various climate conditions. The meteorological data and the electrical and thermal parameters of the photovoltaic modules were collected and analyzed, and a mathematical model determined the SRatio and SRate for the city Belo Horizonte/MG and Porto Alegre/RS. From the SRatio characteristics, the dry-season data were used to estimate the SRate through the Theil-Sem estimator. In addition, a method for analyzing energy production data of PV systems in order to extract the soiling rate was developed and is presented. This method considers that SRate can be determined by the rate at which the energy production of photovoltaic systems varies during the dry season, being associated with the natural deposition of soiling. The monitoring station and the PV system methodologies were compared and discussed. The meteorological variables were related to the estimated soiling ratio, and the resulted indicated low correlation coefficient (R2), being only the number of dry days the best correlation factor for the soiling ratio, showing the complexity of the soiling process. The novelty and major contributions of this research work include: (1) the development of the methodology to estimate and compare soiling losses of performance from the soiling monitoring stations and the photovoltaic systems data from sites in Brazil; (2) the first-time acquisition and comparison of the annual SRatio and SRate for two locations in tropical and subtropical zones in Brazil; and (3) the combined use of crystalline-Si and thin-film CdTe modules at the locations to evaluate and validate the spectral-effect differences and those of non-uniform/uniform soiling on the performances. Keywords: Soiling ratio. Soiling rate. Monitoring station. Photovoltaic systems. Meteorological conditions.

Dissertação (Mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Bibliografia: f. 111-116. Atualmente, há uma grande preocupação da sociedade em promover grandes avanços na produção de energia limpa. A energia solar fotovoltaica destaca-se no mundo devido ao crescimento significativo com implantação recorde e expansão rápida para novos mercados. Apesar de todos os avanços, os módulos fotovoltaicos são instalados em locais de características diversas, sendo submetido a diferentes condições de operação, o que dá origem a vários tipos de degradação. Após um longo período, contata-se que a degradação do módulo impacta diretamente no desempenho e confiabilidade do sistema fotovoltaico como um todo. Uma importante variável que causa diretamente a perda da energia gerada pelo sistema é a deposição da sujidade na superfície dos módulos fotovoltaicos. A taxa de deposição de sujidade é diretamente proporcional a redução da energia elétrica produzida, devido a menor absorção óptica impactando diretamente no tempo de retorno dos investimentos. Conhecer o impacto da sujidade nos módulos fotovoltaicos e a relação da taxa de deposição em diferentes tecnologias de células fotovoltaicas, permite estudar possibilidades de diminuição do impacto da deposição de sujidade no retorno de investimentos. Este trabalho tem como objetivo avaliar e comparar os resultados de simulações e medições obtidas em estações de monitoramento de deposição de sujidade para as tecnologias de silício e filmes finos (telureto de cádmio). Verificou-se que as células solares do módulo de silício são extremamente sensíveis à deposição de sujidade não uniforme, apresentando um significativo aquecimento em comparação as demais células do módulo, com temperaturas superiores à temperatura de operação máxima declarada pelo fabricante. Isto confirma o fato de que células que operam sob condição de deposição de sujidade não uniforme se degradam precocemente, o que diminui a produção de energia de todo o módulo. No aspecto de desempenho, o módulo de silício apresentou perdas de produção de energia significativas. Na condição de deposição não uniforme, o ponto de máxima potência é deslocado, devido à ação dos diodos de by-pass. Este fato diminui a produção de energia do módulo e o simples fato de remover a sujidade da cobertura do módulo retorna à produção de energia para os limites esperados. O módulo de telureto de cádmio também apresentou queda de produção de energia quando submetido à deposição de sujidade, entretanto os impactos referentes a deposição de sujidade não uniforme são muito menores do que os verificados no módulo de silício. Não foi observado aumento de temperatura devido à deposição de sujidade não uniforme, como ocorreu com a tecnologia de silício. Isto indica que o módulo de telureto de cádmio responde melhor às condições de sombreamento parcial se comparado ao silício. Palavras-chave: Confiabilidade. Fotovoltaica. Sujidade. Nowadays, there is a great concern of society in promoting great advances in the production of clean energy. Photovoltaic solar power stands out in the world due to significant growth with record deployment and rapid expansion into new markets. Despite all the advances, the photovoltaic modules are installed in locations with different characteristics, being subjected to different operating conditions, which gives rise to various types of degradation. After a long period, the degradation of the module is directly impacted by the performance and reliability of the photovoltaic system as a whole. An important variable that directly causes the loss of energy generated by the system is the deposition of dirt on the surface of the photovoltaic modules. The rate of deposition of dirt is directly proportional to the reduction of the electric energy generated, due to the lower optical absorption impacting directly on the time of return of the investments. Knowing the impact of dirt on photovoltaic modules and the relation of the deposition rate in different photovoltaic cell technologies, allows to study possibilities of decreasing the impact of deposition of dirt on the return of investments. The objective of this work is to evaluate and compare the results of simulations and measurements obtained in soil deposition monitoring stations for silicon and thin film technologies (cadmium telluride). It has been found that the solar cells of the silicon module are extremely sensitive to deposition of non-uniform soil, exhibiting significant heating in comparison to the other cells of the module, with temperatures higher than the maximum operating temperature declared by the manufacturer. This confirms the fact that cells degrade early operating under non-uniform soiling deposition conditions, which decreases the energy output of the entire module. In the performance aspect, the silicon module presented significant losses of energy production. In the condition of non-uniform deposition, the point of maximum power is displaced, due to the action of the by-pass diodes. This fact decreases the power output of the module and the simple fact of removing the soiling from the module cover returns to energy production to the expected limits. The cadmium telluride module also showed a decrease in energy production when submitted to the deposition of soiling, however the impacts related to deposition of non-uniform soiling are smaller than those verified in the silicon module. No increase in temperature was observed due to deposition of non-uniform soiling, as occurred with silicon technology.Keywords: Reliability. Photovoltaic. Soiling.

En el presente documento se encontrará la evaluación del subsistema fotovoltaico instalado en el parqueadero ala norte de la Universidad Autónoma de Occidente de acuerdo con las directrices expuestas en la norma internacional IEC 61724 de 1998. La obtención de los parámetros clave expuestos en la norma se realizó por un periodo de 4 meses, tal que, al procesarlos en la herramienta software Matlab, se pudo apreciar el rendimiento en el que se encuentra el subsistema y se pudo establecer comparativos con una simulación alimentada por los mismos parámetros de entrada, en el programa software PVSYST. En la etapa final se concluye acerca de los resultados obtenidos en ambos programas. Para la aplicación de la normativa, es necesario conocer la precisión de los dispositivos de medición de la estación meteorológica instalada en el subsistema y seguir las recomendaciones de cómo se deben instalar cada uno de los sensores en el arreglo fotovoltaico. Por otra parte, se debe tener acceso a la estación de medición de tal forma que, se puedan configurar los parámetros de muestreo expuestos en la normativa La finalidad de evaluar el subsistema con esta normativa internacional consiste en conocer como es el comportamiento del arreglo solar, estandarizando la medida del rendimiento mediante el factor PR y poder así abrir la posibilidad de comparar con otros arreglos solares de a otros países que han implementado la misma metodología. Tal que, en un futuro aplicando los mismos lineamientos se pueda estar monitoreando el sistema con la metodología, y se pueda hacer un seguimiento minucioso a través del tiempo con el fin de encontrar fallas en el sistema o proponer mejoras Proyecto de grado (Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2018 Pregrado Ingeniero(a) en Electrónica y Telecomunicaciones

RESUMO A energia solar fotovoltaica é atualmente um mercado consolidado. Entre 2010-2016, a taxa de crescimento global de instalações fotovoltaicas foi de 40%, um crescimento dificilmente alcançado por outros segmentos da indústria tecnológica. Células solares de silício responderam por 94% do mercado em 2016, enquanto a parcela referente aos filmes finos foi de 6%. Um dos materiais empregados no segmento fotovoltaico de filmes finos é o disseleneto de cobre índio e gálio (CIGS). Este trabalho apresenta os primeiros resultados de um programa colaborativo entre o Instituto Militar de Engenharia e o Florida Solar Energy Center, que visa à fabricação de células fotovoltaicas de CIGS. Os dispositivos com a configuração vidro/Mo/CIGS/CdS/ZnO/ZnO:Al/metal foram fabricados no Florida Solar Energy Center e caracterizados no Instituto Militar de Engenharia, a partir das medidas de resposta espectral e dos parâmetros fotovoltaicos extraídos das curvas corrente-tensão. A maior eficiência alcançada foi 3,8%. Os resultados mostraram que a eficiência foi basicamente limitada pelo fator de forma e pela tensão de circuito aberto. Resistências em série e paralelo foram responsáveis pelo baixo valor de FF, enquanto que a ausência do tratamento pós-deposição na presença de metais alcalinos e a quantidade de gálio insuficiente foi responsável pelo baixo Voc. Os resultados também sugerem variações na espessura da camada de CdS, causadas provavelmente pela agitação excessiva da solução precursora durante a deposição por banho químico. ABSTRACT Photovoltaic solar energy is presently a consolidated market. The annual growth rate of global photovoltaic installations was 40% in 2010-2016, a milestone hardly achieved by any other segment of the technology industry. Silicon based technology accounted for 94% of the total production in 2016, while the market share of thin film technology was 6%. One of the materials used in the thin film photovoltaic market is copper indium gallium di-selenide (CIGS). This work presents the preliminary results of a collaborative program between Florida Solar Energy Center and Instituto Militar de Engenharia aiming the fabrication and characterization of CIGS thin film solar cells. The solar devices were fabricated at Florida Solar Energy Center with the configuration glass/Mo/CIGS/CdS/ZnO/ZnO:Al/metal and were characterized at Instituto Militar de Engenharia from the current x voltage and quantum efficiencies curves. The highest efficiency was 3.8%. The results showed that the efficiency was limited by the low values of fill factor and open circuit voltage. Parallel and series resistances limited the fill factor. The lack of the alkali post treatment and the low quantity of gallium in the CIGS film limited the open circuit voltage. The results also suggest that the thickness of the cadmium sulfide layer is nonuniform, probably due to the swirling occasioned by excessively stirring of the precursor solution during the chemical bath deposition.

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2018 La presente tesis aborda el estudio de las propiedades fisicoquímicas y fotoelectroquímicas de membranas de nanotubos de TiO2 modificadas con puntos cuánticos o “quantum dots” (Qdots) de CdSe para su potencial empleo como fotoánodos para celdas solares sensibilizadas con Qdots o “Quantum Dot Sensitized Solar Cells” (QDSSC). Este trabajo también está abocado a la búsqueda de diferentes estrategias para mejorar la eficiencia de conversión de energía solar en energía eléctrica de dichas superficies fotoactivas. La primera parte de la tesis consta de la introducción y la presentación de los objetivos. El primer capítulo es una introducción de los conceptos básicos acerca de la energía solar y dispositivos fotovoltaicos. Se exponen los hechos que justifican el estudio y desarrollo en torno al aprovechamiento de este tipo de energía y se presenta el contexto general de los dispositivos fotolvoltaicos, en la actualidad y particularmente en la Argentina. En el capítulo 2 se introducen conceptos fundamentales de las celdas solares sensibilizadas con Qdots. Se explican las partes constituyentes de las celdas solares, su modo de operación y el mecanismo cinético en la generación de la fotocorriente. Se enumeran y explican brevemente las diferentes técnicas de caracterización morfológica y funcional de este tipo de celdas solares. En el capítulo 3 se menciona el objetivo principal de la tesis y se enumeran los objetivos específicos para llevar a cabo la presente investigación. En la segunda parte de la tesis se presentan los resultados logrados. Se aborda la síntesis y caracterización de arreglos nanotubulares de TiO2 obtenidos por anodización electroquímica del titanio en el capítulo 4 y de Qdots de CdSe y CuInS2 por las metodologías de inyección en caliente y termólisis en el capítulo 5. En el capítulo 6 se presentan los estudios llevados a cabo acerca del proceso de sensibilización óptica a través de la modificación superficial de los nanotubos de TiO2 por la adsorción directa de Qdots de CdSe, en la búsqueda de las mejores condiciones para lograr un grado de cubrimiento óptimo. Se exponen también los resultados de la caracterización de la respuesta fotoelectroquímica de las membranas de nanotubos modificadas con Qdots, empleadas como fotoánodos. En el capítulo 7 se analizan los cambios causados por el tratamiento térmico en las propiedades eléctricas y fisicoquímicas de los fotoánodos y se exponen las condiciones óptimas de tratamiento térmico encontradas para lograr aumentos en la fotocorriente generada. El capítulo 8 está abocado en los detalles de la construcción de celdas solares sensibilizadas con Qdots. Se exponen los resultados obtenidos relacionados con la caracterización de las celdas armadas, empleando los fotoánodos obtenidos y estudiados en los capítulos previos y se discute sobre los aspectos a mejorar en cuanto a la construcción de estas celdas. El capítulo 9 aborda la temática de generación de Hidrógeno por la ruptura fotoelectroquímica del agua y los resultados obtenidos empleando como fotoánodo la membrana de nanotubos de TiO2. Finalmente se presentan las principales proyecciones en vistas de continuar con dicho trabajo en el futuro. La tercera parte de la tesis aborda las conclusiones principales de la tesis y las proyecciones a futuro, en el capítulo 10. 2020-12-31 Torresan, María Fernanda. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina. Iglesias, Rodrigo Alejandro. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de FísicoQuímica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Físico Química de Córdoba; Argentina. Mariscal, Marcelo M. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Teórica y Computacional. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina. Granados, Alejandro Manuel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Orgánica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina. Pérez, Manuel Alejo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina. Chesta, Carlos Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y materiales avanzados; Argentina.

La energía a partir de recurso solar se obtiene haciendo uso generalmente de módulos fotovoltaicos, también conocidos como paneles solares, o celdas fotovoltaicas, éstos elementos existen comercialmente tanto poli-cristalinos como mono-cristalinos, esta diferencia radica en la composición en el proceso de fabricación, lo cual conlleva a que ambos tipos tengan eficiencias diferentes. Este proyecto busca generar un aumento en la eficiencia de la energía eléctrica obtenida por medio del recurso solar, atacando una causa. puntual: Las placas de los módulos fotovoltaicos entregan condiciones de operación a un temperatura de 25°C, medición que se basa en las condiciones estándar de prueba STC, en inglés, las cuales son circunstancias bajo las cuales por norma se prueba un módulo en laboratorio, estas serie de pruebas permite determinar su punto de máxima potencia, es decir, a esa temperatura de operación es donde mejor se presenta la relación de conversión entre energía solar incidente y vatios de potencia entregados, reflejados a su vez en la mayor cantidad de voltaje de circuito abierto. Estas condiciones son poco probables de encontrar en los sitios donde generalmente se encuentran ubicados estos elementos, es decir, los módulos fotovoltaicos la mayor parte del tiempo de operación se encuentran por fuera de su rango de alta eficiencia, desaprovechando el recurso solar y como consecuencia se perturba la producción de energía eléctrica para los aprovechamientos. Mediante metodologías de diseño de experimentos, se probaron tres diferentes sistemas de refrigeración por convección, conducción natural y conducción forzada. Teniendo como variable de salida el voltaje de circuito abierto de cada módulo, obteniendo datos concluyentes relacionados a elementos y componentes que ayudarán a elevar la eficiencia de los sistemas PV, requiriendo así menor costo de inversión para una misma potencia eléctrica de entrega The energy from solar resource is obtained by making use generally of photovoltaic modules, also known as solar panels, or photovoltaic cells, these elements exist commercially both poly-crystalline and mono-crystalline, this difference lies in the composition in the manufacturing process , which leads to both types having different efficiencies. This project seeks to generate an increase in the efficiency of electrical energy obtained through the solar resource, attacking a cause. punctual: The plates of the photovoltaic modules deliver operating conditions at a temperature of 25 ° C, measurement that is based on the standard STC test conditions, in English, which are circumstances under which a module is tested in the laboratory as a rule , these series of tests allows to determine its point of maximum power, that is to say, at that temperature of operation is where better the relation of conversion between incident solar energy and power watts delivered, reflected in turn in the greater amount of voltage of open circuit. These conditions are unlikely to be found in the sites where these elements are generally located, that is, the photovoltaic modules, most of the time of operation are outside their high efficiency range, wasting the solar resource and as a consequence disturbs the production of electrical energy for exploitation. Using experimental design methodologies, three different convection, natural conduction and forced conduction cooling systems were tested. Having as output variable the open circuit voltage of each module, obtaining conclusive data related to elements and components that will help to increase the efficiency of the PV systems, thus requiring lower investment cost for the same electrical delivery power. Key Words: PV, Photovoltaic Module, Refrigeration, Efficiency, Solar Energy. Proyecto de grado (Magíster en Ingeniería)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2017. Maestría Magíster en Ingeniería

Submitted by Evaldo Chagas Gouvêa null (gouvea.evaldo@gmail.com) on 2017-06-24T18:23:39Z No. of bitstreams: 1 Dissertação (versão FINAL 24-06-17).pdf: 2860581 bytes, checksum: 291ca83eac21bea9374f8dc5c9b080ed (MD5) Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-06-28T16:53:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gouvea_ec_me_guara.pdf: 2860581 bytes, checksum: 291ca83eac21bea9374f8dc5c9b080ed (MD5) Made available in DSpace on 2017-06-28T16:53:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gouvea_ec_me_guara.pdf: 2860581 bytes, checksum: 291ca83eac21bea9374f8dc5c9b080ed (MD5) Previous issue date: 2017-04-22 Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Uma das alternativas à utilização de combustíveis fósseis é a energia solar, obtida pelo uso de painéis fotovoltaicos. A existência de diferenças diárias, sazonais e regionais na distribuição espectral da luz do sol pode produzir variações na capacidade de produção de energia dos painéis. O objetivo deste trabalho é verificar como a geração de energia de células fotovoltaicas varia em função dos diferentes comprimentos de onda do espectro da luz solar, quando as células estão submetidas a condições reais de operação. Este trabalho possui caráter experimental. Dois painéis fotovoltaicos policristalinos idênticos foram montados lado a lado. Oito diferentes filtros de cor, com curvas conhecidas de distribuição espectral, foram instalados sobre um dos painéis e foi registrada a quantidade de energia gerada por cada painel ao longo do dia. Cada filtro permite apenas a passagem de uma determinada faixa de comprimentos de onda da luz solar. Foi calculada a eficiência relativa de cada filtro, dada pela relação entre a quantidade de energia gerada pelo painel com filtro e a gerada pelo painel sem filtro, de referência. Os resultados indicam que os painéis produzem mais energia na faixa do vermelho, com eficiência relativa de 23,83%, sendo, portanto, mais sensíveis à radiação nesta faixa de comprimentos de onda. Por outro lado, ocorre uma redução da resposta do painel na faixa do verde e azul, apresentando eficiências de 19,15% e 21,58% respectivamente. Isso mostra que painéis fotovoltaicos não respondem de maneira uniforme à luz solar. A radiação infravermelha, além de produzir um aumento de temperatura, exerce um importante papel na produção total de energia, com eficiência de 13,56%. Conclui-se que painéis de silício cristalino não respondem de maneira uniforme à luz solar. Os painéis produzem energia nas faixas não-visíveis do espectro; sendo o infravermelho um importante componente do espectro. As respostas espectrais em condições reais de operação apresentam diferenças significativas em relação àquelas obtidas nas condições padrão de ensaio. Solar energy is an alternative to fossil fuels. It can be obtained through the use of photovoltaic panels. There are daily, seasonal and regional differences in the spectral energy distribution of sunlight that can result in variations in the energy production capacity of the panels. The objective of this study is the verification of the photovoltaic cell’s response to different wavelengths of the sunlight’s spectrum, under real operating conditions. This is an experimental study. Two identical polycrystalline photovoltaic modules were mounted side-by-side. Eight different color filters, each one with a specific spectral distribution curve, were installed above one of the panels and the daily generated energy of each panel was registered. Each color filter allows just a specific wavelength range of solar spectrum to pass through it. The relative efficiency of each filter was calculated; it is given by the relation between the energy generated by the solar panel with filter and the solar panel without filter. The results indicate that the panels produce more power in the red range (with a relative efficiency of 23.83%) and therefore they are more sensitive to radiation at this wavelength range. Also, the panel’s response is reduced in the color ranges of green and blue, with efficiency of 19.15% and 21.58%, respectively. This shows that photovoltaic panels do not respond uniformly to sunlight. Infrared radiation, which leads to an increased temperature, plays an important role in the total energy production. The relative efficiency of infrared filter is 13.56%. It can be concluded that crystalline silicon photovoltaic modules do not respond uniformly to sunlight. Photovoltaic panels are able to produce energy not only with visible light but also with non-visible wavelengths, being infrared an important component of solar spectrum. The spectral responses under real operating conditions are significantly different from the responses obtained at the standard test conditions. CNPq: 134367/2015-4

With the discovery that some polymers could conduct electricity there was a strong demand for new systems that could reproduce or improve the properties of metallic materials, mainly for ease of synthesis, lower cost, and lightness. Currently, more than 85% of the world production of photovoltaic cells involves the use of crystalline silicon. The introduction of new organic materials with donor and acceptor characteristics has been used to improve the gap properties of the materials. Copolymers formed from benzothiadiazole, fluorene and thiophene with promising photovoltaic properties were theoretically studied. The energetic, structural, electronic and optical properties were obtained with the semi-empirical AM1 method and the optical properties were obtained with the ZINDO semi-empirical method. It is observed from the theoretical study that the electronic and optical properties of the molecules improve when combined the donor and acceptor molecule of electrons., Con el descubrimiento de que algunos polímeros pueden conducir la electricidad se ha producido una fuerte demanda de nuevos sistemas que pudieran mejorar las propiedades de los materiales metálicos, principalmente em relación a facilidad de síntesis, menor costo y peso ligero. Actualmente, más del 85% de la producción mundial de células fotovoltaicas implica el uso de silicio cristalino. La introducción de nuevos materiales orgánicos con características de donadores y aceptadores se ha utilizado para mejorar la propiedades de banda prohibida de los materiales. Fueron estudiados através de simulaciones computacionales copolímeros formados de benzotiadiazol, tiofeno y fluoreno com propiedades prometedoras para aplicaciones fotovoltaicas. Las propiedades energéticas, estructurales, electrónicas y ópticas se obtuvieron con el método semiempírico AM1 y las propiedades ópticas se obtuvieron con el método semiempírico ZINDO. Se observa del estudio teórico computacional que las propiedades electrónicas y ópticas de las moléculas mejoran cuando se combinan con las moléculas donadoras y aceptadoras de electrones., Com a descoberta de que alguns polímeros poderiam conduzir eletricidade houve uma forte demanda por novos sistemas que pudessem reproduzir ou melhorar as propriedades de materiais metálicos, objetivando principalmente facilidade de síntese, menor custo, e leveza. Atualmente, mais de 85% da produção mundial de células fotovoltaicas envolve a utilização de silício cristalino. A introdução de novos materiais orgânicos com características doadoras e aceitadoras tem sido utilizada para melhorar as propriedades de gap dos materiais. Foram estudados teoricamente os copolímeros formados de benzotiadiazole, fluoreno e tiofeno com promissoras propriedades fotovoltaicas. As propriedades energéticas, estruturais, eletrônicas e ópticas foram obtidas com o método semi empírico AM1 e as propriedades ópticas foram obtidas com o método semi empírico ZINDO. Observa-se do estudo teórico que as propriedades eletrônicas e ópticas das moléculas melhoram quando combinados a molécula doadora e aceitadora de elétrons.

Made available in DSpace on 2019-12-17T17:07:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5365_10550.pdf: 11479172 bytes, checksum: a90e9419f2c8557784579938a51f288a (MD5) Previous issue date: 2017-03-22

Mestrado em Engenharia Física Os compostos designados como CZTS (Cu2ZnSnS4, Cu2ZnSnSe4 e Cu2ZnSn(Sx, Se1-x)4) constituem atualmente uma das maiores promessas para produção de células solar à escala de TW, devido ao uso de elementos abundantes e ambientalmente benignos, ao contrário dos compostos equivalentes no sistema CIGS. Contudo, ainda é necessário ultrapassar algumas barreiras de modo a atingir níveis de performance necessários para o desenvolvimento à escala industrial desta tecnologia. Uma tendência de investigação promissora consiste em introduzir uma gradação vertical no bandgap, ao longo da espessura da camada absorvente, através da variação do rácio S/(S + Se). Neste trabalho, camadas absorventes à base de CZTSxSe1-X foram produzidas pelo método de deposição de precursores empilhados por pulverização catódica seguido de sulfurização em H2S, em que o elemento Se é introduzido nos precursores por evaporação térmica. Duas configurações foram testadas: uma com a sequência de empilhamento ZnS/SnS2/Se/Cu repetida por vários períodos, e outra em que uma única camada de Se é introduzida no topo da sequência total de precursores. Usando este método, foram atingidos rácios S/(S + Se) aproximados desde 1 até perto de 0.5. A gradação da composição em profundidade foi parcialmente atingida, como é revelado através de Radiofrequency Pulsed Glow Discharge Time-of-Flight Mass Spectrometry (rf-PGDTOFMS). As camadas absorventes resultantes foram usadas para fabricar células com a estrutura SLG/Mo/CZTSSe/CdS/i-ZnO/ITO. A eficiência máxima atingida nos dispositivos fabricados foi 1.3%, numa camada com um rácio S/(S + Se) aproximado de 0.91, produzida a partir de precursores com Se no interior dos precursores empilhados. Microscopia de Eletrões Secundários (SEM), Espetroscopia de Dispersão de Energia (EDS), espetroscopia Raman e rf-PGD-TOFMS foram usados para caraterizar as amostras produzidas. As camadas absorventes produzidas, incluindo as com maior eficiência fotovoltaica, exibiram bolhas, rebentadas ou não rebentadas, e que rebentavam superficialmente ou rebentavam expondo o contacto inferior completamente, dependendo das condições de processamento. Este fenómeno foi estudado em detalhe, e novas observações não reportadas na literatura até ao momento foram encontradas, apontando para a possibilidade de controlar a formação de bolhas através do ajuste do perfil de sulfurização. Baseado nestes resultados, sugere-se uma revisão dos modelos propostos na literatura, e propõe-se um novo modelo baseado na volatilização de reagentes. CZTS-based compounds (Cu2ZnSnS4, Cu2ZnSnSe4 eCu2ZnSn(Sx, Se1-x)4) have become one of the major contenders for solar cell production at the TW level owing to the use of earth-abundant and environmentally benign elements, unlike their CIGS counterparts. However, some hurdles still need to be overcome in order to achieve performance levels necessary for industrial scalability. One promising trend of investigation consists in introducing a vertical bandgap grading along the thickness of the absorber by means of a variation of the S/(S + Se) ratio. In this work, CZTSxSe1-X absorbers were produced by the standard two-step process of sputtering deposition of a precursor stack followed by annealing in H2S, where the element Se was added in the precursor deposition stage using thermal evaporation. Two configurations were tested: one with the stacking sequence ZnS/SnS2/Se/Cu repeated for various periods, and another configuration where a single Se layer is evaporated on top of the multi-period precursor stack. Using this method, average S/(S + Se) ratios from 1 to close to 0.5 were demonstrated. Composition grading in depth was partially achieved as shown by Radiofrequency Pulsed Glow Discharge Time-of-Flight Mass Spectrometry (rf-PGD-TOFMS). The resulting absorbers were used to fabricate solar cells with the structure SLG/Mo/CZTSSe/CdS/i-ZnO/ITO. The highest efficiency achieved in the devices produced was 1.3%, using an absorber with an average S/(S + Se) of 0.91, produced from precursors with Se within the stack. Secondary Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Raman spectroscopy and rf-PGD-TOFMS was used to characterize the absorbers produced. The absorbers produced, including the highest performing devices, exhibited blisters, which would either burst or not burst, and burst either superficially or completely exposing the back contact, depending on processing conditions. This phenomenon was studied in detail, and new evidence was found, which has not been considered in literature so far, pointing to the possibility of significantly controlling blister formation by appropriately tuning the sulfurization profile. Based on these results, a review of the models proposed in literature to explain blister formation in CZTS is suggested, and a new model based on the volatilization of reactants is proposed.