Contribuições no desenvolvimento e avaliação de algoritmos de posicionamento solar para aplicações em rastreadores solares

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Braz, Nadine Figueiredo Rezende [UNESP]
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
Texto Completo: https://hdl.handle.net/11449/257000
Resumo: A energia solar está disponível em abundância na natureza, e nos últimos anos foi observada uma queda substancial nos custos relacionados aos sistemas fotovoltaicos. Portanto, os sistemas baseados em energia solar têm assumido uma posição de liderança na busca por fontes alternativas de energia. Embora o uso de rastreador solar nesses sistemas não seja imprescindível, sabe-se que seu uso pode potencializar a energia coletada. Para atender a essa demanda crescente, é necessário considerar o efeito de diversos parâmetros que podem influenciar no desempenho dos rastreadores solares, como diferentes períodos, condições geográficas e climáticas, algoritmos de posicionamento bem como erros de rastreamento. Assim, este trabalho tem como objetivo o estudo, o desenvolvimento e a avaliação da eficácia de famílias de algoritmos de rastreamento solar, através do provimento compreensivo de análises qualitativas dos algoritmos de posicionamento solar e dos benefícios de suas implantações em sistemas de geração fotovoltaico com rastreadores solares de eixo único. Neste contexto, a acurácia dos diferentes algoritmos existentes foi analisada, evidenciando que algoritmos menos complexos que o Solar Position Algorithm (SPA) poderiam ser implementados sem impacto substancial na geração de energia. O desempenho de sistemas fotovoltaicos fixos e com sistemas de rastreamento também foi avaliado para dadas localidades, de forma a comparar dados de geração bem como sua eficiência em relação a diferentes softwares de simulação de geração fotovoltaica, verificar a acurácia de diferentes algoritmos de posicionamento solar trazendo contribuições para sistemas com rastreadores solares através de simulações computacionais. A eficiência do rastreador em relação a um sistema fixo para o software pago, software aberto e protótipos semelhantes aos simulados foram de 21%, 20% e 16%, respectivamente, as quais estão dentro dos valores encontrados na literatura, que podem variar de 12% a 25% para rastreadores de eixo único. Finalmente, foi proposta uma metodologia SPA aprimorada, considerando um sistema de rastreamento realimentado para detecção de condições de erros de rastreamento, fazendo com que a geração se mantenha próxima aos níveis ideais esperados, com aumento de 0,110% a 1,769% da geração anual de energia, quando avaliados erros de rastreamento entre 0,15° a 10°.
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spelling Contribuições no desenvolvimento e avaliação de algoritmos de posicionamento solar para aplicações em rastreadores solaresContributions to the development and evaluation of solar positioning algorithms for solar tracker applicationsEnergia solarGeração de energia fotovoltaicaSistemas de energia fotovoltaicaSolar energyPhotovoltaic power generationPhotovoltaic power systemsA energia solar está disponível em abundância na natureza, e nos últimos anos foi observada uma queda substancial nos custos relacionados aos sistemas fotovoltaicos. Portanto, os sistemas baseados em energia solar têm assumido uma posição de liderança na busca por fontes alternativas de energia. Embora o uso de rastreador solar nesses sistemas não seja imprescindível, sabe-se que seu uso pode potencializar a energia coletada. Para atender a essa demanda crescente, é necessário considerar o efeito de diversos parâmetros que podem influenciar no desempenho dos rastreadores solares, como diferentes períodos, condições geográficas e climáticas, algoritmos de posicionamento bem como erros de rastreamento. Assim, este trabalho tem como objetivo o estudo, o desenvolvimento e a avaliação da eficácia de famílias de algoritmos de rastreamento solar, através do provimento compreensivo de análises qualitativas dos algoritmos de posicionamento solar e dos benefícios de suas implantações em sistemas de geração fotovoltaico com rastreadores solares de eixo único. Neste contexto, a acurácia dos diferentes algoritmos existentes foi analisada, evidenciando que algoritmos menos complexos que o Solar Position Algorithm (SPA) poderiam ser implementados sem impacto substancial na geração de energia. O desempenho de sistemas fotovoltaicos fixos e com sistemas de rastreamento também foi avaliado para dadas localidades, de forma a comparar dados de geração bem como sua eficiência em relação a diferentes softwares de simulação de geração fotovoltaica, verificar a acurácia de diferentes algoritmos de posicionamento solar trazendo contribuições para sistemas com rastreadores solares através de simulações computacionais. A eficiência do rastreador em relação a um sistema fixo para o software pago, software aberto e protótipos semelhantes aos simulados foram de 21%, 20% e 16%, respectivamente, as quais estão dentro dos valores encontrados na literatura, que podem variar de 12% a 25% para rastreadores de eixo único. Finalmente, foi proposta uma metodologia SPA aprimorada, considerando um sistema de rastreamento realimentado para detecção de condições de erros de rastreamento, fazendo com que a geração se mantenha próxima aos níveis ideais esperados, com aumento de 0,110% a 1,769% da geração anual de energia, quando avaliados erros de rastreamento entre 0,15° a 10°.Solar energy is abundantly available in nature, and in recent years there has been a substantial decrease in the costs associated with photovoltaic systems. Therefore, solar-based systems have taken a leading role in the pursuit of alternative energy sources. Although the use of solar trackers in these systems is not essential, it is known that their use can enhance the collected energy. To meet this growing demand, it is necessary to consider the effect of various parameters that can influence the performance of solar trackers, such as different time periods, geographical and climatic conditions, positioning algorithms, and tracking errors. Thus, this work aims to study, develop, and evaluate the effectiveness of families of solar tracking algorithms through comprehensive analyses of solar positioning algorithms and the benefits of their implementation in photovoltaic generation systems with single-axis solar trackers. In this context, the accuracy of different existing algorithms was analyzed, revealing that less complex algorithms than the Solar Position Algorithm (SPA) could be implemented without substantial impact on energy generation. The performance of fixed and tracking systems was also evaluated for given locations, in order to compare generation data as well as their efficiency relative to different photovoltaic simulation software, verify the accuracy of different solar positioning algorithms, and provide contributions to systems with solar trackers through computational simulations. The efficiency of the tracker compared to a fixed system for paid software, open-source software, and prototypes similar to those simulated was 21%, 20%, and 16%, respectively, which are within the values found in the literature, ranging from 12% to 25% for single-axis trackers. Finally, an improved SPA methodology was proposed, considering a feedback tracking system for detecting tracking error conditions, maintaining generation close to the expected ideal levels, with an increase of 0.110% to 1.769% in annual energy generation when tracking errors were assessed between 0.15° and 10°.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Capes: 001Universidade Estadual Paulista (Unesp)Gonçalves, Flávio Alessandro Serrão [UNESP]Liberado, Eduardo Verri [UNESP]Braz, Nadine Figueiredo Rezende [UNESP]2024-08-12T16:20:59Z2024-08-12T16:20:59Z2024-06-03info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBRAZ, Nadine Figueiredo Rezende. Contribuições no desenvolvimento e avaliação de algoritmos de posicionamento solar para aplicações em rastreadores solares. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Instituto de Ciência e Tecnologia, Universidade Estadual Paulista, Sorocaba, 2024.https://hdl.handle.net/11449/25700033004170002P226166817827724470000-0002-9600-2726porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNESPinstname:Universidade Estadual Paulista (UNESP)instacron:UNESP2024-08-13T06:11:24Zoai:repositorio.unesp.br:11449/257000Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.unesp.br/oai/requestopendoar:29462024-08-13T06:11:24Repositório Institucional da UNESP - Universidade Estadual Paulista (UNESP)false
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