Nanocrystalline p-layer for a-Si:H p-i-n solar cells and photodiodes

We report on structural, electronic, and optical properties of boron-doped, hydrogenated nanocrystalline silicon (nc-Si:H) thin films deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) at a substrate temperature of 150 degrees C. Film properties were studied as a function of trimethylboron-to-silane ratio and film thickness. The absorption loss of 25% at a wavelength of 400 nm was measured for the 20 nm thick films on glass and glass/ZnO:Al substrates. By employing the p(+) nc-Si:H as a window layer, complete p-i-n structures were fabricated and characterized. Low leakage current and enhanced sensitivity in the UV/blue range were achieved by incorporating an a-SiC:H buffer between the p- and i-layers.

Transport properties in microcrystalline silicon solar cells under AM1.5 illumination analysed by two-dimensional numerical simulation

Microcrystalline silicon is a two-phase material. Its composition can be interpreted as a series of grains of crystalline silicon imbedded in an amorphous silicon tissue, with a high concentration of dangling bonds in the transition regions. In this paper, results for the transport properties of a mu c-Si:H p-i-n junction obtained by means of two-dimensional numerical simulation are reported. The role played by the boundary regions between the crystalline grains and the amorphous matrix is taken into account and these regions are treated similar to a heterojunction interface. The device is analysed under AM1.5 illumination and the paper outlines the influence of the local electric field at the grain boundary transition regions on the internal electric configuration of the device and on the transport mechanism within the mu c-Si:H intrinsic layer.

Torre solar: estudo do rendimento e viabilidade de centrais térmicas solares para produção de energia eléctrica de pequena e média dimensão

O aproveitamento da radiação solar representa um recurso energético extremamente benéfico, quer no âmbito energético, quer no ambiental, contribuindo para a redução das emissões de gases nocivos para a atmosfera. Portugal apresenta uma radiação solar total média anual bastante elevada, colocando-se entre um dos países que apresentam melhores potencialidades para o aproveitamento da energia solar. A torre solar consiste numa estufa com uma determinada extensão com uma chaminé no seu centro e o seu funcionamento baseia-se no aquecimento do ar que circula por baixo da estufa, sendo expelido pela chaminé. Nesta tese é abordado o tema da torre solar e os princípios físicos inerentes ao seu funcionamento. Foi estudado e descrito o método de cálculo de diversos parâmetros e resultados associados ao funcionamento da torre solar. Elaborou-se uma folha de cálculo para obtenção dos valores de simulações de torres com diversas dimensões, tecendo-se conclusões quanto aos resultados e às variações dos mesmos, consoante as alterações de dimensão dos elementos que a constituem. Foram descritos os vários elementos que constituem uma torre solar, bem como as suas características e tipologias. Efectuou-se um estudo com aplicação a um caso real, para se tecer algumas conclusões e comentários relativamente à viabilidade de uma torre solar para a situação em causa. Por fim, com base em todo o trabalho desenvolvido e abordado, foi possível tecer-se algumas conclusões quanto à viabilidade das torres solares.

A Step-up mu-Power Converter for Solar Energy Harvesting Applications, using Hill Climbing Maximum Power Point Tracking

This paper presents a step-up micro-power converter for solar energy harvesting applications. The circuit uses a SC voltage tripler architecture, controlled by an MPPT circuit based on the Hill Climbing algorithm. This circuit was designed in a 0.13 mu m CMOS technology in order to work with an a-Si PV cell. The circuit has a local power supply voltage, created using a scaled down SC voltage tripler, controlled by the same MPPT circuit, to make the circuit robust to load and illumination variations. The SC circuits use a combination of PMOS and NMOS transistors to reduce the occupied area. A charge re-use scheme is used to compensate the large parasitic capacitors associated to the MOS transistors. The simulation results show that the circuit can deliver a power of 1266 mu W to the load using 1712 mu W of power from the PV cell, corresponding to an efficiency as high as 73.91%. The simulations also show that the circuit is capable of starting up with only 19% of the maximum illumination level.

Boron-doped nanocrystalline silicon thin films for solar cells

This article reports on the structural, electronic, and optical properties of boron-doped hydrogenated nanocrystalline silicon (nc-Si: H) thin films. The films were deposited by plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD) at a substrate temperature of 150 degrees C. Crystalline volume fraction and dark conductivity of the films were determined as a function of trimethylboron-to-silane flow ratio. Optical constants of doped and undoped nc-Si: H were obtained from transmission and reflection spectra. By employing p(+) nc-Si: H as a window layer combined with a p' a-SiC buffer layer, a-Si: H-based p-p'-i-n solar cells on ZnO:Al-coated glass substrates were fabricated. Device characteristics were obtained from current-voltage and spectral-response measurements. (C) 2011 Elsevier B. V. All rights reserved.

Sistema de isolamento térmico pelo exterior (ETICS): reabilitação térmica em edifícios de habitação

As preocupações crescentes com a redução do elevado consumo energético associadas à actual conjuntura económica, tornam premente a alteração do rumo seguido pelo sector da construção nas últimas décadas em Portugal, que se tornou dependente da procura de construção nova. A aposta na reabilitação térmica além de ser uma alternativa viável para combater a queda acentuada neste sector, permite a melhoria da eficiência energética dos edifícios. Sendo o sector residencial responsável por uma parte significativa do consumo de energia em Portugal, resultante de uma construção cuja rápida expansão prejudicou a sua qualidade e também devido ao aumento das exigências no que respeita ao conforto e à qualidade, surge a aplicação de isolamento térmico como uma das principais formas de intervenção. Existe uma grande diversidade de soluções para o reforço da protecção térmica da envolvente de edifícios de habitação, incidindo este estudo sobre a reabilitação térmica das paredes exteriores, dando especial destaque a um dos sistemas de isolamento térmico pelo exterior – ETICS (Sistema Compósito de Isolamento Térmico pelo Exterior). Além de existirem diferentes técnicas construtivas, a informação existente encontra-se dispersa, pelo que a presente dissertação pretende contribuir para um conhecimento mais aprofundado deste sistema e consequentemente auxiliar o seu crescimento no sector da construção. Nesse contexto, após enquadramento do tema no contexto da reabilitação térmica e energética, são apresentadas numa fase inicial as diferentes soluções de isolamento térmico de fachadas. Após a caracterização das opções existentes e em desenvolvimento, o estudo recai na apresentação dos diferentes constituintes do sistema ETICS e na sua aplicação, de modo a tornar perceptível o seu correcto funcionamento, essencial para a compreensão das suas vantagens e desvantagens. A análise do Guia de Aprovação Técnica Europeia de ETICS (ETAG 004) permite apreender as exigências que guiam a comprovação da sua qualidade. A identificação das principais patologias que afectam este sistema, as respectivas causas e tratamentos possíveis, antecedem a apresentação das conclusões e recomendações para desenvolvimentos futuros.

Impermeabilização e isolamento térmico de coberturas em terraço, sistemas construtivos e patologias

O texto desenvolvido nos capítulos seguintes apresenta-se dividido em 6 partes: O Capítulo 1 contém a introdução ao tema do trabalho apresentado, bem como os seus objectivos. No Capítulo 2 faz-se a apresentação dos tipos de coberturas em terraço, classificandoas de acordo com a sua utilização, os materiais utilizados e os métodos de construção, incluindo o posicionamento das camadas. São referidos ainda os requisitos funcionais da cobertura e apresentadas as soluções construtivas mais frequentes. Seguidamente, no Capítulo 3, descrevem-se as propriedades químicas, físicas e mecânicas dos materiais utilizados como isolamento térmico, salientando-se ainda a natureza e origem das matérias primas e os modos de produção e aplicação. São também referidas as exigências de qualidade, de acordo com os critérios da UEAtc (Union Européenne pour l'Agrément technique dans la construction). Faz-se ainda neste capítulo uma análise ao fenómeno da condensação resultante da presença do vapor de água no interior dos edifícios, sendo que este é a principal causa do aparecimento de variadas patologias nos edifícios. É assim analisado um leque de soluções correntes de isolamento térmico e seu comportamento em presença da humidade, resultante das actividades realizadas no interior dos compartimentos. Refere-se também a importância da inércia higroscópica dos revestimentos, na redução da humidade relativa interior. No Capítulo 4, procede-se à descrição dos vários métodos de classificação de sistemas de impermeabilização, indicam-se os materiais mais vulgarmente usados na impermeabilização e referem-se as soluções construtivas nos pontos singulares da cobertura. Posteriormente, no Capítulo 5 é feita uma apresentação das causas e tipos de anomalias que conduzem à presença de humidade, provocada por infiltração de água ou por condensação, em superfície corrente e pontos singulares. No Capítulo 6, são apresentadas de uma forma sucinta os factores determinantes a um bom funcionamento de uma cobertura em terraço, ao nível do projecto, construção e utilização. São, ainda, deixadas algumas sugestões que poderão levar ao desenvolvimento de trabalhos complementares do ora apresentado.

Modelling real solar cell using PSCAD/MATLAB

This paper presents the development of a solar photovoltaic (PV) model based on PSCAD/EMTDC - Power System Computer Aided Design – including a mathematical model study. An additional algorithm has been implemented in MATLAB software in order to calculate several parameters required by the PSCAD developed model. All the simulation study has been performed in PSCAD/MATLAB software simulation tool. A real data base concerning irradiance, cell temperature and PV power generation was used in order to support the evaluation of the implemented PV model.

Avaliação económica de um investimento em geração de energia das ondas e energia solar térmica

O presente trabalho tem como objectivo efectuar a avaliação económica e determinar a viabilidade com e sem os incentivos fiscais de duas tecnologias de conversão de duas fontes distinta e emergentes de energia renovável, o Concentrador Cilindro-parabólico e a Torre Solar para a energia solar termoeléctrica e a Coluna de Água Oscilante e o Pelamis para a energia das ondas. Realiza-se uma curta abordagem à energia Solar e à energia dos Oceanos, e às tecnologias existentes para estes tipos de energia renovável. Apresenta-se um estudo do potencial em Portugal e no Mindo, das tecnologias abordadas neste trabalho. É desenvolvido o modelo de conversão de energia para as centrais solares termoeléctricas e utilizado o modelo de superfície de potência para as centrais de energia das ondas adaptado de António Falcão. As centrais são modeladas por meio de uma folha de cálculo, onde é calculada a energia produzida em Mértola e São Pedro de Moel (energia solar termoeléctrica e das ondas respectivamente) consoante o recurso do local. É feita a avaliação económica para quatro cenários designados como optimista, base, pessimista e base sem aplicação da tarifa bonificada, e é realizada uma análise de sensibilidade do VAL a diversas variáveis. Conclui-se sobre a viabilidade dos vários cenários e sobre possíveis alterações à tarifa binificada en consequência dos resultados obtidos. Segundo os pressupostos deste trabalho concluíu-se que a tarifa bonificada é demasiado elevada para os projectos em energia solar de concentração e demasiado baixa para projectos em energia das ondas.

Avaliação do ambiente térmico em piscinas cobertas

Este estudo teve como objectivo avaliar as condições do ambiente térmico em piscinas cobertas através de duas abordagens distintas. A abordagem objectiva consistiu na análise da temperatura da água e dos parâmetros de ambiente térmico. A abordagem subjectiva teve por base a aplicação de um questionário. Os resultados dos parâmetros físicos apresentaram-se elevados na maioria das situações avaliadas, nomeadamente no que respeita à temperatura da água e à humidade relativa. A análise subjectiva evidenciou percentagens de insatisfeitos inferiores à obtida na análise objectiva. Verificou-se ainda que os utilizadores das piscinas preferem ambientes considerados ligeiramente quentes ou quentes.

Effect of the compact Ti layer on the efficiency of dye-sensitized solar cells assembled using stainless steel sheets

Titanium films have been deposited on stainless steel metal sheets using dc magnetron sputtering technique at different substrate temperatures. The structure of the titanium films strongly depend on the substrate temperature. The titanium film deposited at the substrate temperature lower than 300 ◦C has a loose flat sheet grains structure and the titanium film prepared at the substrate temperature higher than 500 ◦C has a dense nubby grains structure. The DSSC assembled using stainless steel sheet coated with titanium film deposited at high substrate temperature has a low charge transfer resistance in the TiO2/Ti interface and results in a high conversion efficiency. The DSSC assembled using stainless steel sheet coated with titanium film deposited at temperature higher than 500 ◦C has higher conversion efficiency than that assembled using titanium metal sheet as the substrate. The maximum conversion efficiency, 2.26% is obtained for DSSC assembled using stainless steel sheet coated with titanium film deposited at 700 ◦C substrate temperature, which is about 70% of the conversion efficiency of the FTO reference cell used in this study.

Alterações da temperatura em ambientes externos de favela e desconforto térmico

OBJETIVO: Estudar aspectos do micro-clima em favela, para compreender a influência da ocupação do solo nos parâmetros micro-climáticos. MÉTODOS: O estudo foi realizado em Paraisópolis, favela localizada no sudoeste da cidade de São Paulo, entre 19 de fevereiro e 31 de julho de 2003, ou seja, todo o período de outono e parte do verão e do inverno. As temperaturas horárias na escala micro-climática foram medidas em quatro pontos num setor da favela densamente ocupadas e, como controle, numa rua arborizada próxima. RESULTADOS: No verão, registrou-se temperaturas horárias médias entre 18,5°C e 29,5°C, com atenuação de 2°C a 3°C fora da favela, nos horários mais quentes. No outono, as temperaturas oscilaram entre 15,5°C e 25,5°C e no inverno, 13,5°C e 25,5°C. O maior resfriamento na favela ocorreu na madrugada no outono, e no inverno, às 7h. Maiores amplitudes térmicas ocorreram na favela e menores fora dela. As temperaturas estiveram dentro da faixa de conforto em cerca de 50% das horas. Temperaturas abaixo do limite mínimo (18°C) foram mais freqüentes do que aquelas acima do limite máximo (24°C). Temperaturas acima do limite máximo foram mais freqüentes na favela que fora dela. CONCLUSÕES: A ocupação do solo é fator diferenciador das temperaturas. Na favela, as temperaturas foram mais elevadas de dia (até 3°C) e mais baixas à noite (1°C em média). O ambiente da favela acentuou os extremos de temperatura, enquanto que na rua-controle, ficou amena.

Queimadura solar em jovens: estudo de base populacional no Sul do Brasil

OBJETIVO: Analisar a prevalência e fatores de risco para queimadura solar em jovens com idade entre 10 e 29 anos. MÉTODOS: Estudo transversal de base populacional com amostragem em múltiplos estágios, realizado com residentes da zona urbana de Pelotas, Rio Grande do Sul, entre os meses de outubro e dezembro de 2005. Para a coleta de dados foram feitas entrevistas com 1.604 indivíduos, utilizando questionário padronizado e pré-codificado com informações sobre a família e outro questionário aos indivíduos com idade entre dez e 29 anos para avaliação da ocorrência de episódios de queimadura solar. Queimadura solar foi definida como ardência na pele após exposição ao sol. Para as comparações entre proporções, utilizou-se teste do qui-quadrado com correção de Yates. Na análise multivariada utilizou-se a regressão de Poisson com controle para efeito de delineamento e ajuste robusto da variância. RESULTADOS: Das pessoas com idade entre 10 e 29 anos, 1.412 relataram exposição ao sol no último verão. As perdas e recusas somaram 5,5%. Queimadura solar no último ano foi relatada por 48,7% dos entrevistados. As variáveis associadas à ocorrência de queimadura segundo a análise multivariada foram: cor da pele branca (RP=1,41; IC 95%: 1,12;1,79), maior sensibilidade da pele quando exposta ao sol (RP=1,84; IC 95%: 1,64;2,06), idade entre 15 e 19 anos (RP=1,30; IC 95%: 1,12;1,50), pertencer ao quartil de maior renda (RP=1,20; IC 95%: 1,01;1,42) e fazer uso irregular de fotoprotetor (RP=1,23; IC 95%: 1,08;1,42). CONCLUSÕES: A prevalência de queimadura solar na população estudada foi alta, principalmente entre jovens, de pele branca, com maior sensibilidade da pele, de maior renda e que faziam uso irregular de fotoprotetor. A exposição solar em horários seguros e com métodos de proteção adequados deve ser estimulada.

NZEB e os novos revestimentos

Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Controlo preditivo distribuído em edifícios para conforto térmico e alocação de cargas

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial