Implementação de um Sistema MPPT em Circuito Integrado CMOS

Ao longo dos últimos anos a indústria microelectrónica tem evoluído no sentido de reduzir o consumo energético dos seus dispositivos no sentido de estes serem alimentados por fontes energéticas diversas, nomeadamente fontes renováveis. A crescente demanda por componentes energeticamente eficientes e pela miniaturização dos componentes eletrónicos exigem a conceção de fontes de alimentação com potência reduzida na ordem das dezenas de μW ás centenas de mW. Atualmente, com os crescentes avanços tecnológicos é possível obter componentes energéticamente eficientes e com tamanhos reduzidos capazes de colmatar as restrições energéticas das mais variadas aplicações. A utilização de fontes energia elétrica que tirão proveito da energia existente no meio onde se inserem os diversos dispositivos eletrónicos ou simplesmente para recarregar as baterias, apresenta-se como um dos principais objetivos a alcançar. Entre todas as energias renováveis, a energia fotovoltaica surge como umas das que proporciona um maior potencial. A sua disponibilidade global e os constantes desenvolvimentos tecnológicos no âmbito do fotovoltaico permitem o desenvolvimento de sistemas de alimentação com rendimento energético cada vez mais elevado. A presente dissertação tem como objetivo o estudo, a simulação e implementação de um conversor CC-CC, step-up, com algoritmo de controlo MPPT integrado designado por método de correlação de ripple (Ripple Correlation Control – RCC), para aplicações de baixa potência na ordem das dezenas de μW às centenas de mW. Desenvolveu-se um conversor CC-CC, autónomo, para carregamento de baterias com recurso a painéis fotovoltaicos, como fonte de energia, de forma contínua mesmo em situações de baixa luminosidade. Um circuito de gestão de energia devidamente dimensionado foi implementado com recurso a um algoritmo de procura do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking – MPPT). O objetivo desta implementação é extrair a máxima potência disponível da fonte de energia elétrica, neste caso o painel fotovoltaico, independentemente das condições meteorológicas e da potência requerida pela carga, sendo o excesso de energia redirecionado para a bateria. Nesta dissertação apresentam-se os resultados das simulações, assim como os resultados experimentais de todos os circuitos desenvolvidos de forma a validar todo o sistema implementado.

Dessalinização da Água do Mar Através da Energia Solar - Caso de Estudo Salamansa – Cabo Verde

principal objectivo deste trabalho é o estudo da viabilidade técnica e económica da dessalinização da água do mar, utilizando a energia solar, tomando como caso de aplicação uma pequena comunidade rural de Cabo Verde, a vila piscatória de Salamansa, local onde há graves problemas com a disponibilidade de água potável. No entanto, a proximidade do mar e a disponibilidade de energia solar sugerem a dessalinização como processo para mitigar a falta de água. A dessalinização da água do mar pode ser obtida através de diversas técnicas que podem ser agrupadas de acordo com os princípios em que estes processos se baseiam: processos de dessalinização térmica (destilação solar, destilação multi-estágio, destilação multi-efeito, etc.) e processos de dessalinização por membranas (electrodiálise e osmose inversa). A destilação solar passiva foi a tecnologia de dessalinização estudada neste trabalho e que se pode vir a tornar uma alternativa promissora para um fornecimento regular de água. Por outro lado, o uso de fontes alternativas de energia, como a solar, apresenta-se como uma solução para viabilizar a dessalinização em meios semi-áridos como o deste caso de estudo. Fez-se uma modelação matemática da unidade de destilação solar proposta utilizando o Engineering Equation Solver (EES) como ferramenta para ajudar a resolver as equações de balanço térmico. O projecto do destilador solar proposto poderá atender às necessidades de água doce para consumo de 18 famílias constituídas por 5 agregados (92 pessoas) e apresenta uma eficiência média diária de aproximadamente 78% no Verão e 77% no Inverno.

Aplicação dos Sistemas de Informação Geográfica nas Energias Renováveis: o Potencial da Energia Solar na Ilha de São Vicente – Cabo Verde

A presente dissertação, tem como foco principal a aplicação dos Sistemas de Informação Geográfica (SIG) ao estudo das energias renováveis, tendo como caso avaliar o potencial solar na ilha de São Vicente do arquipélago de Cabo Verde. A energia do sol é a principal fonte de energia renovável, e está disponível em quase todas as regiões do planeta. Quantificar o potencial energético solar de um lugar ou região é indispensável, para avaliar as potencialidades de produção de energia fotovoltaica. Outro fator importante prende-se com ordenamento territorial associado à exploração desses recursos energéticos, pelo que devem ser avaliadas as condições técnicas, ambientais e económicas, quando se pretende instalar parques para a produção de energia fotovoltaica. Assim, neste trabalho foram aplicadas as ferramentas SIG, para quantificar a radiação solar mensal e anual da ilha de São Vicente, arquipélago de Cabo Verde, através do modelo Solar Analyst. Numa segunda fase, aplicou-se a técnica de análise multicritério em combinação com os SIGs para definir as áreas mais favoráveis para a instalação de parques de produção de energia elétrica a partir da energia solar. Para o cálculo da radiação solar na ilha de São de Vicente, utilizou-se o modelo digital de terreno (MDT) e a latitude da ilha como parâmetros de entrada ao modelo. Para a análise multicritério definiram-se um conjunto de critérios que devem ser considerados na implementação de parques solares, nomeadamente, a disponibilidade de radiação solar existente na área, a distância à rede de transporte de energia elétrica e à rede viária, o declive do terreno, o uso e ocupação do solo e a proximidade às linhas de água. Para auxiliar na atribuição dos pesos aos critérios utilizados na análise aplicou-se a método Analytic Hierarchy Process (AHP). As áreas resultantes do processo da análise multicritério, foram confrontadas com a Carta de Condicionantes do esquema regional de ordenamento da ilha de São Vicente, aferindo a conformidade das propostas e reajustes subsequentes, de modo a obter os resultados finais.

Estudo da Energia da Banda de Condução em Células Solares Sensibilizadas por Complexos de Ruténio

Um dos grandes desafios do nosso tempo é o aproveitamento da energia solar e outras fontes de energias renováveis para promover um desenvolvimento sustentável em grande escala. Para além da inocuidade face ao meio ambiente, a eficiência e os reduzidos custos de produção das células solares sensibilizadas por corante (DSSC, do inglês dye-sensitized solar cells) continuam a atrair considerável interesse tanto académico como comercial. Em 1991, Grätzel e O’Regan deram um enorme avanço no desenvolvimento das DSSC, utilizando um material de eléctrodo com elevada área superficial, filmes semicondutores nanocristalinos de TiO2 com espessura na ordem dos mícrons Nas células fotovoltaicas o corante sensibilizador (S) adsorvido na camada de TiO2 vai absorver a radiação solar e transfere o electrão fotoexcitado para o semicondutor (SC), formando um par de cargas separadas. O sensibilizador oxidado é regenerado pelo mediador redox existente na solução de electrólito. Uma vez efectuado o trabalho através do circuito externo, o electrão volta para o contra eléctrodo onde reduz o dador de electrão oxidado, completando o ciclo. Desta maneira, a luz é convertida em electricidade sem transformação química permanente

Aplicação dos Sistemas de Informação Geográfica nas energias renováveis: o potencial da energia solar na ilha de São Vicente – Cabo Verde

Informação Geográfica (SIG) ao estudo das energias renováveis, tendo como caso avaliar o potencial solar na ilha de São Vicente do arquipélago de Cabo Verde. A energia do sol é a principal fonte de energia renovável, e está disponível em quase todas as regiões do planeta. Quantificar o potencial energético solar de um lugar ou região é indispensável, para avaliar as potencialidades de produção de energia fotovoltaica. Outro fator importante prende-se com ordenamento territorial associado à exploração desses recursos energéticos, pelo que devem ser avaliadas as condições técnicas, ambientais e económicas, quando se pretende instalar parques para a produção de energia fotovoltaica. Assim, neste trabalho foram aplicadas as ferramentas SIG, para quantificar a radiação solar mensal e anual da ilha de São Vicente, arquipélago de Cabo Verde, através do modelo Solar Analyst. Numa segunda fase, aplicou-se a técnica de análise multicritério em combinação com os SIGs para definir as áreas mais favoráveis para a instalação de parques de produção de energia elétrica a partir da energia solar. Para o cálculo da radiação solar na ilha de São de Vicente, utilizou-se o modelo digital de terreno (MDT) e a latitude da ilha como parâmetros de entrada ao modelo. Para a análise multicritério definiram-se um conjunto de critérios que devem ser considerados na implementação de parques solares, nomeadamente, a disponibilidade de radiação solar existente na área, a distância à rede de transporte de energia elétrica e à rede viária, o declive do terreno, o uso e ocupação do solo e a proximidade às linhas de água. Para auxiliar na atribuição dos pesos aos critérios utilizados na análise aplicou-se a método Analytic Hierarchy Process (AHP). As áreas resultantes do processo da análise multicritério, foram confrontadas com a Carta de Condicionantes do esquema regional de ordenamento da ilha de São Vicente, aferindo a conformidade das propostas e reajustes subsequentes, de modo a obter os resultados finais.

O impacto das energias renováveis na economia dos países emergentes: o caso de Cabo Verde

A elevada dependência dos combustíveis fósseis é uma das principais dificuldades sentidas no actual sistema energético de Cabo Verde. O preço dos combustíveis constitui um peso significativo, representando cerca de 70%, da estrutura de custos do preço de energia eléctrica. Com este trabalho, pretende-se analisar o impacto das energias renováveis no sistema energético e na economia de Cabo Verde, destacando a sua contribuição para a formação do PIB, no Preço, na Balança de Pagamentos, no Emprego, e no Serviço da Dívida, e estabelecer uma comparação com as ilhas da Macaronésia, em particular a Região Autónoma dos Açores. Contribuindo assim, para a discussão que poderá demonstrar que o potencial de renováveis por explorar, trará benefícios económicos para o país, pois a expectativa é superar os 50% de taxa de penetração de Energias Renováveis na produção de electricidade em Cabo Verde até 2020. Prevê-se que o consumo de electricidade que em 2010 era de 335 MWh, duplique até o ano de 2020, atingindo os 670 GWh. Segundo estudos efectuados, o país possui um potencial estimado de 2.600 MW de Energias Renováveis, tendo sido analisados mais de 650 MW em projectos concretos com custos de produção possivelmente inferiores aos dos combustíveis fósseis. Cabo Verde goza de boas condições para o aproveitamento de Energias Renováveis, mas a contribuição desse potencial, sobretudo eólica e solar, continuam muito limitado, pelo que o país deverá apostar no incremento da utilização dessas formas de energia para reduzir a dependência externa em matéria de energia. The high dependence on fossil fuels is one of the main difficulties in the current energy system in Cape Verde. The price of fuel is a significant, accounting for about 70%, and the cost structure of the price of electricity. With this work, seeks to analyze the impact of renewable energy in the energy system and the economy of Cape Verde, highlighting their contribution to the formation of BIP, in the Balance of Payments, in Employment, and the Service of Debt, and to draw a comparison with the islands of Macaronésia, in particular the Autonomous Region of Azores. Thus contributing to the discussion that may show that the potential of renewable energy by exploring will bring economic benefits to the country, because the expectation is to exceed the 50% penetration rate of Renewable Energy in the production of electricity in Cape Verde until 2020. It is estimated that the consumption of electricity in 2010 was 335 MWh, will double by the year 2020, reaching the 670 GWh. According to studies carried out, the country has an estimated potential of 2,600 MW of Renewable Energy, having been analyzed more than 650 MW in concrete projects with production costs possibly less than the fossil fuels. Cape Verde enjoys good conditions for the use of renewable energy, but the contribution of this potential, especially wind and solar, are still very limited, so that the country should invest in increasing the use of these forms of energy to reduce the dependence on foreign sources of energy.

Projecto de Cooperacao Bilateral entre Cabo-Verde e os Países Baixos - Energias Renováveis - Relatório Final - 2ª Fase

o interesse da República de Cabo Verde na utiliza9ao da energia renovável é basicamente económico. O país é muito pobre e todo o custo de energia pesa profundamente na sua economia nacional,visto nao existirem recursos de energia "tradicional". A utiliza~ao da energia renovável para bombagem de água é por isso, de grande importancia porque reduz a importa~ao de petróleo. Tanto a energia eólica como a energia solar oferecem grandes possibilidades em Cabo Verde. O país está sendo atingido pelo pior e mais langa período de seca jamais experimentado na sua história. Pode-se imaginar os problemas enfrentados para abastecimento de água a populac~o, abeberamento de animais e irriga- .., , ,,, , ~ao das poucas areas agrlcolas. O abastecimento de água potável é extremamente importante neste país, é apenas para a sobrevivencia da maior parte da sua popula9ao rural (190.000 habitantes), com pouco poder aquisitivo dado a diminuisao da área agrícola irrigada e a quantidade de gado, nos últimos 15 anos. Na agricultura irrigada, de momento totalizando apenas 2.000 ha, utilizase relativamente grande quantidade de combustível, porque 50% consiste em irrigasao por bombagem. Por esta razao o governo de Cabo Verde estimula fortemente a utilizasao das energias renováveis. As actividades neste campo come~aram em 1977 com a cria~ao da Divisao de Energias Renováveis (DER) dentro do Ministério do Desenvolvimento Rural (MUR). O governo de Cabo Verde e a PNUD (Projecto PNUD CVI/76/X05 - Demonstrasao de Energia Nao Convenciorial) puseram fundos a disposi~ao. Este projecto contribuiu com 3 aerogeradores e um volontário, Sr. Van Meel, que trabalhou anteriormente no Grupo de Energia Eólica de Eindhoven e que faz parte do CWD. Desde o seu início, a Divisao deu prioridade a bombagem de água para o abastecimento de água potável, o que foi e continua a ser urna necessidade urgente nas Ilhas de Cabo Verde. Os Servi~os da Igreja Mundial ofereceram 25 aerobombas Dempster com ventoinha de 8' de diametro e mais tarde a UNICEF distribuiu 10 Dempsters de ]4'. Gradualmente mais organiza90es financiadoras envolveram-se nas actividades da DER, como por exemplo a ClMADE, FAC, Embaixada An~ricana, Embaixada do Canadá, ICCO, etc. O Ministério do Desenvolvimento e Coopera9ao dos Países Baixos (DGIS) encarregou- se, em 1979, da norneasao do voluntárío da PNUD. Também em 1979 a USAID envolveu-se. Foi reconhecido e implementado um projecto de energia renovável (ref. 1). Este projecto comecou em Agosto de 1980. O papel prin cipal do projecto consistia na aquisiq~o de material e equipamento para urna nova oficina da DER. Urna das premissas do projecto era que o DGIS prestaria assistencia él Divisao. A pedido do DGIS a CWD realizou um estudo sobre a viabilidade de aplica9ao de aerobombas durante o primeiro semestre de 1980 (ref. 2). O estudo revelou que 75% das necessidades de água por bombagem em Cabo Verde, pode ria ser desempenhado pelos moinhos. - O projecto proposto diz respeito nao apenas a assistencia técnica, mas também ao financiamento da nova oficina e a aquisi9ao de cerca de 30 moi nhos. Este projecto bilateral entre Cabo Verde e os Países Baixos - Energias Renováveis", depois da aprova<;ao de Cabo Verde e do DGIS, veia a comecar no dia 1 de Julho de 1981 e estendeu-se por 3 anos. O período de 1977 a Julho de 1981 classifica-se agora como a primeira fase das actividades. Durante este período o CWD contribuiu com a assist€ncia técnica. O período de Julho de 1981 a Julho de 1984 é classificado como segunda fase e será relatado neste documento. O projecto foi executado pela DER. O Director da DER é, desde Fevereiro de 1983, o Sr. Daniel Livramento, licenciado em Física (Brasil 1982). Outros funcionários do corpo directivo sao o Sr. David Cardoso (desde Novem bro de 1983) e muito recentemente, desde Maio de 1984, o Sr. F. Ferreira7 A colaboracao dos Países Baixos para o projecto tem sido efectuada por En genheiros Consultores do DHV, em nome e como associados do CWD. O Sr. K.Versteegh, consultor do CWD, comecou a trabalhar para o projecto em 1 de Julho de 1981 e o Sr. N.Pieterse,~consultordo CWD, em 15 de Setembro de 1981. O Sr. Van Meel deixou o projecto a 1 de Novembro de 1981. O projecto foi avaliado em Novembro de 1983, por urna missao tripartida (Cabo Verde, USAID, DGIS) - Ref. 3. As conclusoes desta missao de avaliacao foram, em geral, positivas e o prolongamento do projecto foi fortemen te recomendado, com €nfase sobre aprodu~ao local. Entretanto, a DER e o CWD prepararam urna proposta para a extensao do projecto por mais 3 anos (Ref. 4). Esta extensao foi aprovada por Cabo Verde e pelo DGIS. O Sr. Versteegh foi substituído em Julho de 1984 e o Sr. Pieterse será substituido em Setembro de 1984 pelos Srs. J.Diepens e H. van der Spek, respectivamente. O conteúdo deste relatório é o seguinte: No capitulo 2 é apresentada urna exposi~ao do trabalho que incluiu um resumo das actividades realizadas na fase 1. Nos restantes capítulos descrevem-se as actividades durante a segunda fase. O relatório divide-se em tr€s partes: la. Parte (capítulo 3 a 8) refere-se ao trabalho executado: instalacao, funcionamento e rnanutencao de aerobombas servi~o~ e materiais distribuidos J pessoal e organiza9ao finalidade e sistema económico revisao da pot€ncia da água bombeada apoio ao projecto relatórios 2a. Parte salienta alguns aspectos importantes do projecto: funcionamento e manuten9ao de aerobombas (Cp. 19) metodologia de selec~ao de locais (Cp. 10) alguns estudos dos sistemas de funcionamento (Cp. 1]) elabora~ao de dados do vento (Cp. ]2) rendirnento das aerobombas utilizadas pela DER (Cp. ]3) 3a. Parte apresenta as conclusoes e recomendações (Cp. 14)

GESTÃO DE ENERGIA EM REDES DE SENSORES SEM FIOS

A energia é um recurso limitado em redes de sensores sem fios, pelo que uma gestão eficiente da energia disponível é crucial para aumentar o seu tempo de vida operacional. Assim, a gestão de energia em redes de sensores sem fios tem estado focada no desenvolvimento de mecanismos de activação sincronizada de nós “adormecidos” e de tecnologias de captação de energia do meio envolvente. O objectivo deste trabalho consistiu em explorar estas duas abordagens para criar condições de disponibilidade contínua de energia nos nós de redes sem fios: em primeiro lugar, explorando tecnologias de captação de energia de importantes fontes no meio envolvente: luz solar, diferenciais térmicos e campos electromagnéticos, e, também, cultivando métodos e tecnologias de despertar por radiofrequência (wake-up radio) como forma mais adequada de gerir as oportunidades de operação dos nós de uma rede, poupando energia no tempo restante. São apresentados estudos e soluções realizadas no âmbito industrial, bem como os métodos e resultados da análise realizada para a sua validação. Assim, conseguiu-se:  Uma solução baseada na captação de energia solar, com uma eficiência superior a 70% (desde a saída do painel fotovoltaico), capaz de suportar sensores e repetidores numa rede, acumulando energia correspondente a autonomias de 16 e 40 horas, respectivamente, numa aplicação de diagnóstico de seccionadores de alta-tensão em subestações de distribuição de electricidade;  Uma solução de captação de energia de diferenciais térmicos, para suportar sensores de diagnóstico do estado de funcionamento de purgadores, em linhas industriais de distribuição de vapor, permitindo uma disponibilidade permanente de energia, mesmo para diferenças de temperatura de uns meros 20 °C;  Uma solução de captação de energia de campos magnéticos gerados por correntes eléctricas intensas, para aplicação em sensores sem fios a utilizar em redes de distribuição de electricidade, que, nas circunstâncias dos trabalhos propostos, amplamente demonstrou a viabilidade do conceito e foi industrialmente incorporado numa unidade sem fios para a monitorização de correntes eléctricas e o diagnóstico do estado de fusíveis em postos de transformação;  Duas soluções de despertar por radiofrequência, sem prejuízo da latência de comunicação: (i) despertar colectivo, sincronizado para todos os nós da rede no volume de alcance-rádio do emissor, que se revelou eficaz até aos 37 metros, no interior, consumindo 7 μA e (ii) despertar selectivo, individualizando o nó a activar, com um alcance de 33 metros, igualmente no interior, consumindo 5 μA — em campo aberto, o alcance foi de 10 metros. Em suma: as soluções industriais realizadas no âmbito deste trabalho demonstram a viabilidade de suportar a alimentação em potência de nós de redes sem fios operando em diferentes regimes e dependendo de diversas fontes de energia, em natureza e potência disponível, que, no nosso entender constitui condição necessária ao sucesso industrial das redes de objectos sem fios.