Modelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiro

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2015
Autor(a) principal: Sacramento, Elissandro Monteiro do
Orientador(a): Carvalho, Paulo Cesar Marques de
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/36495
Resumo: This thesis deals about a study developed at the Laboratório de Energias Alternativas (LEA) - UFC to verify the electrical-thermal behavior of floating crystalline silicon photovoltaic modules on water. So, experiments using three (03) PV modules, 01 water tank, 01 commercial I-V curves tracer, 01 second class pyranometer and 01 anemometer were developed. Styrofoam frames were used to float the PV modules on water. The temperature was measured at three different points of the modules to obtain an average between their values, representing the PV module temperature. From a linear regression analysis, a correlation to determine the module average temperature was proposed. After this stage, two correlations to determine the efficiencies of floating PV modules on water were developed analytically. Reductions of the operating temperature of the PV modules as well as gains of conversion efficiencies up to 18% were observed. The tests with the PV modules in contact with water showed some problems to be faced, such as infiltration on their front surfaces and in the contact boxes, shading on the cell due to the frames edges and no displacement of water accumulated in front surfaces in rainy days. An electrical-thermal model was developed with the use of MATLAB / SIMULINK in order to physically represent the generation behavior of floating PV modules. This model allowed I-V curves to be drawn from the values of some input parameters, namely the incident irradiance on the horizontal plane, ambient temperature, water temperature and wind speed, as well as other reported by manufacturers technical data sheets (short-circuit current, open circuit voltage, current and voltage at the maximum power point, temperature coefficients and modules area). As the final stage, PVSyst program was used to develop a power generation scenario of a floating PV plant over the waters of Castanhão reservoir, in the state of Ceará, which would provide the service of 5% of the electricity demand of Fortaleza and 2% of the demand of the state of Ceará.
id UFC-7_69eda192a287f67a69cce5d3cc63a8d5
oai_identifier_str oai:repositorio.ufc.br:riufc/36495
network_acronym_str UFC-7
network_name_str Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
repository_id_str
spelling Sacramento, Elissandro Monteiro doRiffel, Douglas BressanCarvalho, Paulo Cesar Marques de2018-10-16T14:31:39Z2018-10-16T14:31:39Z2015SACRAMENTO, Elissandro Monteiro do. Modelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiro. 2015. 117 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/36495This thesis deals about a study developed at the Laboratório de Energias Alternativas (LEA) - UFC to verify the electrical-thermal behavior of floating crystalline silicon photovoltaic modules on water. So, experiments using three (03) PV modules, 01 water tank, 01 commercial I-V curves tracer, 01 second class pyranometer and 01 anemometer were developed. Styrofoam frames were used to float the PV modules on water. The temperature was measured at three different points of the modules to obtain an average between their values, representing the PV module temperature. From a linear regression analysis, a correlation to determine the module average temperature was proposed. After this stage, two correlations to determine the efficiencies of floating PV modules on water were developed analytically. Reductions of the operating temperature of the PV modules as well as gains of conversion efficiencies up to 18% were observed. The tests with the PV modules in contact with water showed some problems to be faced, such as infiltration on their front surfaces and in the contact boxes, shading on the cell due to the frames edges and no displacement of water accumulated in front surfaces in rainy days. An electrical-thermal model was developed with the use of MATLAB / SIMULINK in order to physically represent the generation behavior of floating PV modules. This model allowed I-V curves to be drawn from the values of some input parameters, namely the incident irradiance on the horizontal plane, ambient temperature, water temperature and wind speed, as well as other reported by manufacturers technical data sheets (short-circuit current, open circuit voltage, current and voltage at the maximum power point, temperature coefficients and modules area). As the final stage, PVSyst program was used to develop a power generation scenario of a floating PV plant over the waters of Castanhão reservoir, in the state of Ceará, which would provide the service of 5% of the electricity demand of Fortaleza and 2% of the demand of the state of Ceará.A presente tese trata de estudo realizado no Laboratório de Energias Alternativas (LEA) da UFC para verificar o comportamento elétrico-térmico de módulos fotovoltaicos de silício cristalino flutuantes em água. Para tal, experimentos com o uso de três (03) módulos FV, um (01) tanque de água, um (01) traçador de curvas I-V comercial, um (01) piranômetro de segunda classe e um (01) anemômetro de conchas foram desenvolvidos. Molduras de isopor foram utilizadas para flutuar os módulos FV na água do tanque. A temperatura foi medida em três pontos distintos dos módulos, de forma a obter uma média entre seus valores que representem a temperatura média do módulo FV. A partir de uma análise por regressão linear, uma correlação para determinar a temperatura média do módulo fora proposta. Após esta etapa, duas correlações para determinar as eficiências de conversão de módulos FV flutuantes em água foram analiticamente desenvolvidas. Reduções nas temperaturas de operação dos módulos FV, bem como ganhos em suas eficiências de conversão de até 18% foram verificados. Os ensaios com os módulos FV em contato com a água mostraram alguns problemas a serem enfrentados, como infiltrações sobre as suas superfícies frontais e nas caixas de contatos, sombreamento sobre as células devido às bordas das molduras e o impedimento do deslocamento da água acumulada nas superfícies frontais em dias chuvosos. Um modelo elétrico-térmico foi desenvolvido com o auxílio da ferramenta MATLAB/SIMULINK, de forma a representar fisicamente o comportamento de geração de módulos FV flutuantes em água. O modelo permitiu curvas I-V serem traçadas a partir dos valores de alguns parâmetros de entrada, como a irradiância incidente no plano horizontal, temperatura ambiente, temperatura da água e velocidade do vento, bem como outros informados pelos fabricantes em suas folhas de dados técnicos (corrente de curto circuito, tensão de circuito aberto, corrente e tensão no ponto de máxima potência, os coeficientes de temperatura e a área dos módulos). Como última etapa, o programa PVSyst foi utilizado para desenvolver um cenário de geração de energia elétrica de uma usina FV flutuante sobre as águas do reservatório Castanhão, no estado do Ceará, que proporcionaria o atendimento de 5% da demanda de energia elétrica de Fortaleza e 2% da demanda do estado do Ceará.Engenharia elétricaCorrelação (Estatística)Energia elétricaElectrical-thermal modelFloating photovoltaic modulesCorrelationModelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiroinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL2015_tese_emsacramento.pdf2015_tese_emsacramento.pdfapplication/pdf4786811http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/36495/1/2015_tese_emsacramento.pdf87c18febd2d30fb3f05e2d3106e3d6deMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81788http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/36495/2/license.txt89db4352906ed83f2ba5c6aed577d589MD52riufc/364952021-03-22 10:57:44.654oai:repositorio.ufc.br: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ório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2021-03-22T13:57:44Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Modelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiro
title Modelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiro
spellingShingle Modelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiro
Sacramento, Elissandro Monteiro do
Engenharia elétrica
Correlação (Estatística)
Energia elétrica
Electrical-thermal model
Floating photovoltaic modules
Correlation
title_short Modelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiro
title_full Modelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiro
title_fullStr Modelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiro
title_full_unstemmed Modelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiro
title_sort Modelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiro
author Sacramento, Elissandro Monteiro do
author_facet Sacramento, Elissandro Monteiro do
author_role author
dc.contributor.co-advisor.none.fl_str_mv Riffel, Douglas Bressan
dc.contributor.author.fl_str_mv Sacramento, Elissandro Monteiro do
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Carvalho, Paulo Cesar Marques de
contributor_str_mv Carvalho, Paulo Cesar Marques de
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia elétrica
Correlação (Estatística)
Energia elétrica
Electrical-thermal model
Floating photovoltaic modules
Correlation
topic Engenharia elétrica
Correlação (Estatística)
Energia elétrica
Electrical-thermal model
Floating photovoltaic modules
Correlation
description This thesis deals about a study developed at the Laboratório de Energias Alternativas (LEA) - UFC to verify the electrical-thermal behavior of floating crystalline silicon photovoltaic modules on water. So, experiments using three (03) PV modules, 01 water tank, 01 commercial I-V curves tracer, 01 second class pyranometer and 01 anemometer were developed. Styrofoam frames were used to float the PV modules on water. The temperature was measured at three different points of the modules to obtain an average between their values, representing the PV module temperature. From a linear regression analysis, a correlation to determine the module average temperature was proposed. After this stage, two correlations to determine the efficiencies of floating PV modules on water were developed analytically. Reductions of the operating temperature of the PV modules as well as gains of conversion efficiencies up to 18% were observed. The tests with the PV modules in contact with water showed some problems to be faced, such as infiltration on their front surfaces and in the contact boxes, shading on the cell due to the frames edges and no displacement of water accumulated in front surfaces in rainy days. An electrical-thermal model was developed with the use of MATLAB / SIMULINK in order to physically represent the generation behavior of floating PV modules. This model allowed I-V curves to be drawn from the values of some input parameters, namely the incident irradiance on the horizontal plane, ambient temperature, water temperature and wind speed, as well as other reported by manufacturers technical data sheets (short-circuit current, open circuit voltage, current and voltage at the maximum power point, temperature coefficients and modules area). As the final stage, PVSyst program was used to develop a power generation scenario of a floating PV plant over the waters of Castanhão reservoir, in the state of Ceará, which would provide the service of 5% of the electricity demand of Fortaleza and 2% of the demand of the state of Ceará.
publishDate 2015
dc.date.issued.fl_str_mv 2015
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2018-10-16T14:31:39Z
dc.date.available.fl_str_mv 2018-10-16T14:31:39Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv SACRAMENTO, Elissandro Monteiro do. Modelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiro. 2015. 117 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/36495
identifier_str_mv SACRAMENTO, Elissandro Monteiro do. Modelo elétrico-térmico para representar o comportamento de módulos fotovoltaicos flutuantes em água a partir das condições climáticas do semiárido brasileiro. 2015. 117 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
url http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/36495
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)
instacron:UFC
instname_str Universidade Federal do Ceará (UFC)
instacron_str UFC
institution UFC
reponame_str Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
collection Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
bitstream.url.fl_str_mv http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/36495/1/2015_tese_emsacramento.pdf
http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/36495/2/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 87c18febd2d30fb3f05e2d3106e3d6de
89db4352906ed83f2ba5c6aed577d589
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)
repository.mail.fl_str_mv bu@ufc.br || repositorio@ufc.br
_version_ 1847793335269326848