Recuperação renovável de Mg a partir de MgO através da utilização concertada de laser solar e de concentrador solar

Apesar do elevado potencial do metal magnésio como material útil em várias áreas cien-tíficas e tecnológicas, os seus métodos de produção tradicionais têm um impacto fortemente prejudicial no ambiente e um custo elevado. Este facto é um incentivo à procura de novas so-luções, nomeadamente as que recorrem à utilização da radiação solar partindo do óxido de magnésio. Alguns estudos têm já sido feitos nesse sentido, utilizando laser solar ou radiação solar concentrada mas a utilização concertada dos dois não tinha sido feita até ao momento. Neste trabalho, a exequibilidade da utilização concertada destes dois métodos será avaliada e será estudado o comportamento do óxido de magnésio face à radiação que nele incide.

Estudo técnico-económico de um sistema solar termoelétrico com back-up a biomassa

Este trabalho consistiu no estudo técnico-económico (dimensionamento) de uma central térmica solar de torre norte, com back-up a biomassa (pellets) para produção de energia elétrica. A partir da plataforma PVGIS obteve-se a irradiação normal direta, DNI, da região do Alentejo, Portugal, segundo critérios descritos na secção 3.1. O valor anual obtido foi de 2319 !"ℎ/%&, valor este que foi convertido em energia elétrica, obtendo-se, assim, um montante de 105.761.800 kWh por ano, em 25 anos. Estas importâncias foram obtidas através dos equipamentos que constituem a central, entre eles o campo solar (composto por 2067 helióstatos com área total de 188097 %&), a torre (convertendo a concentração da DNI para energia térmica ao fluído de transferência de calor, HTF), o bloco de potência (composta por permutador de calor, turbina, gerador elétrico e outros) e com ajuda de uma caldeira a biomassa (pellets) que consome cerca de 24.001,23 toneladas de pellets por ano. O estudo económico foi realizado num modelo executável no Excel, calculando, assim, o custo total do sistema, 138.515.886,87 €. A partir deste valor calcularam-se os indicadores económicos (Valor Atualizado Líquido, VAL=-12.282540,28 €) com uma tarifa bonificada de 0,22114 €/kWh, que indica que o sistema termo solar com back-up a biomassa (pellets) não é viável economicamente (e o mesmo acontece com o sistema termo solar sem a biomassa). O dimensionamento técnico do sistema CSP de torre é feito a partir de um modelo matemático executado em Excel e MatLab e pelo software System Advisor Model, SAM e o da caldeira a pellets é concretizado também no Excel. Os resultados do modelo matemático foram comparados com os valores obtidos no SAM para o mês típico de julho comprovando, assim, as fórmulas e conceitos contidos no estado da arte. Realizou-se, também, uma comparação dos valores anuais do sistema obtidos no SAM com os valores reais da Gemasolar (em Espanha), demonstrando então a veracidade dos valores obtidos no dimensionamento feito para Portugal.

Light harvesting in solar cells using natural pigments from red fruits adsorbed to mesoporous TiO2

Nature has developed strategies to present us with a wide variety of colours, from the green of leaves to the bright colours seen in flowers. Anthocyanins are between these natural pigments that are responsible for the great diversity of colours seen in flowers and fruits. Anthocyanins have been used to sensitize titanium dioxide (TiO2) in Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs). DSSCs have become one of the most popular research topic in photovoltaic cells due to their low production costs when compared to other alternatives. DSSCs are inspired in what happens in nature during photosynthesis. A primary charge separation is achieved by means of a photoexcited dye capable of performing the electron injection into the conduction band of a wide band-gap semiconductor, usually TiO2. With this work we aimed to synthesize a novel mesoporous TiO2 structure as the semiconductor in order to increase the dye loading. We used natural occurring dyes such as anthocyanins and their synthetic flavylium relatives, as an alternative to the widely used metal complexes of Ru(II) which are expensive and are environmentally unsafe. This offers not only the chance to use safer dyes for DSSCs, but also to take profit of waste biological products, such as wine and olive oil production residues that are heavily loaded with anthocyanin dyes. We also performed a photodegradation study using TiO2 as the catalyst to degrade dye contaminants, such as those from the wine production waste, by photo-irradiation of the system in the visible region of the light spectrum. We were able to succeed in the synthesis of mesoporous TiO2 both powder and thin film, with a high capacity to load a large amount of dye. We proved the concept of photodegradation using TiO2 as catalyst. And finally, we show that wine production waste is a possible dye source to DSSCs application.

Um aquecedor solar de água de baixo custo.

Um protôtipo de um aquecedor solar de água para fins domésticos com uma área de 1 m2 foi constuíudo e testado. 0 equipamento consistiu de um tanque raso pintado de pre to, isolado nas laterais e no fundo, funcionando ao mesmo tempo como coletor e reserva-tório de água quente. As curvas de resfriamento mostraram que para se obter uma reten-cão de calor adequada seria necessário utilizar-se de uma tampa transparente dupla. Variou-se-a quantidade de água no tanque. Com 50 litros de água observou-se temperaturas de até 87°C. Concluiu-se que é perfeitamente viável construir-se um coletor solar de água prático e barato para regiões equatoriais, ligando-se em série 4 unidades iguais à aqui testada.

Perylene Diimide acceptors: Fabrication and characterization of electron-only, hole-only devices and solar cells

The thrust towards energy conservation and reduced environmental footprint has fueled intensive research for alternative low cost sources of renewable energy. Organic photovoltaic cells (OPVs), with their low fabrication costs, easy processing and flexibility, represent a possible viable alternative. Perylene diimides (PDIs) are promising electron-acceptor candidates for bulk heterojunction (BHJ) OPVs, as they combine higher absorption and stability with tunable material properties, such as solubility and position of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level. A prerequisite for trap free electron transport is for the LUMO to be located at a level deeper than 3.7 eV since electron trapping in organic semiconductors is universal and dominated by a trap level located at 3.6 eV. Although the mostly used fullerene acceptors in polymer:fullerene solar cells feature trap-free electron transport, low optical absorption of fullerene derivatives limits maximum attainable efficiency. In this thesis, we try to get a better understanding of the electronic properties of PDIs, with a focus on charge carrier transport characteristics and the effect of different processing conditions such as annealing temperature and top contact (cathode) material. We report on a commercially available PDI and three PDI derivatives as acceptor materials, and its blends with MEH-PPV (Poly[2-methoxy 5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]) and P3HT (Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)) donor materials in single carrier devices (electron-only and hole-only) and in solar cells. Space-charge limited current measurements and modelling of temperature dependent J-V characteristics confirmed that the electron transport is essentially trap-free in such materials. Different blend ratios of P3HT:PDI-1 (1:1) and (1:3) show increase in the device performance with increasing PDI-1 ratio. Furthermore, thermal annealing of the devices have a significant effect in the solar cells that decreases open-circuit voltage (Voc) and fill factor FF, but increases short-circuit current (Jsc) and overall device performance. Morphological studies show that over-aggregation in traditional donor:PDI blend systems is still a big problem, which hinders charge carrier transport and performance in solar cells.

Variação espacial e temporal da irradiância solar e da razão entre vermelho e vermelho - extremo que chegam ao solo em diferentes microhabitats na região de Tucuruí - PA

RESUMOEste trabalho visa preliminarmente estudar a irradiância total entre 300 e 1100 nm, assim como a razão vermelho-vermelho extremo que chegam ao solo de um trecho de floresta primária e de uma clareira. As áreas selecionadas estão localizadas numa região próxima a cidade de Tucurui, Estado do Pará, Brasil.

RADIAÇÃO SOLAR TOTAL DENTRO E FORA DE FLORESTA TROPICAL ÚMIDA DE TERRA FIRME (TUCURUÍ, PARÁ)

Medidas de radiação solar global foram executadas dentro e fora de mata tropical úmida de terra firme durante o dia 07 de novembro de 1986, em Tucuruí, Pará. As intensidades de radiação solar incidentes em 3 sensores instalados aleatoriamente no chão da floresta e um sensor localizado em área aberta (sensor padrão) são avaliadas e intercomparadas. A radiação média que atinge o chão da floreeta foi 4.7% da radiação incidente em área aberta adjacente à floresta. As diferenças entre as medidas dos sensores da mata e o padrão pode ser atribuída à distribuição espacial heterogênea da radiação solar que alcança o chão da floresta.

Distributed solar micro generation

Taking into account the fact that the sun’s radiation is estimated to be enough to cover 10.000 times the world’s total energy needs (BRAKMANN & ARINGHOFF, 2003), it is difficult to understand how solar photovoltaic systems (PV) are still such a small part of the energy source matrix across the globe. Though there is an ongoing debate as to whether energy consumption leads to economic growth or whether it is the other way around, the two variables appear correlated and it is clear that ensuring the availability of energy to match a country’s growth targets is one of the prime concerns for any government. The topic of centralized vs distributed electricity generation is also approached, especially in what regards the latter fit to developing countries needs, namely the lack of investment capabilities and infrastructure, scattered population, and other factors. Finally, Brazil’s case is reviewed, showing that the current cost of electricity from the grid versus the cost from PV solutions still places an investment of this nature with 9 to 16 years to reach breakeven (from a 25 year panel lifespan), which is too high compared to the required 4 years for most Brazilians. Still, recently passed legislation opened the door, even if unknowingly, to the development of co-owned solar farms, which could reduce the implementation costs by as much as 20% and hence reduce the number of years to breakeven by 3 years.

REGIME DE RADIAÇÃO SOLAR E CARACTERÍSTICAS DA VEGETAÇÃO - MODELOS DE INVERSÃO.

Um tratamento do regime de radiação no interior de florestas em conexão com a inversão de modelos matemáticos para estimar as características da vegetação (densidade de área foliar, LAI, etc.) é apresentado e discutido neste estudo. Medidas de radiação solar (PAR) realizadas no período de janeiro a abril de 1994 na Reserva Florestal Ducke (Manaus, AM) foram utilizadas para testar o algoritmo resultante e a distribuição vertical de área foliar para a vegetação local foi estabelecida.

Medidas de radiação solar e índice de área foliar em coberturas vegetais

Um método de inversão de modelo físico de penetração de radiação solar em meio vegetal para estimar o índice de área foliar(IAF) é apresentado e testado neste trabalho para diferentes tipos de vegetação, como uma alternativa aos experimentos destrutivos, trabalhosos e de difícil implementação em coberturas florestais. Os dados de radiação foram obtidos durante o período seco de 1996 na Estação Experimental da Embrapa, (BR 174 - km 54, 2º 31' S, 60º 01' O), Manaus, Brasil. O método produziu valores de IAF convergentes entre as classes de radiação adotadas, com estimativas mais estáveis para ocasiões em que há predomínio de luz difusa. A aplicação do procedimento de inversão deu origem aos seguintes valores de índice de área foliar e respectivos incrementos anuais: 3,5 (0,35.ano-1) para a vegetação secundária intacta; 2,0 (0,5.ano-1) para o sistema agroflorestal com palmeiras; e 1,6 (0,4.ano-1) para o sistema agroflorestal multiestratificado.

Predictive control of a current-source inverter for solar photovoltaic grid interface

Solar photovoltaic systems are an increasing option for electricity production, since they produce electrical energy from a clean renewable energy resource, and over the years, as a result of the research, their efficiency has been increasing. For the interface between the dc photovoltaic solar array and the ac electrical grid is necessary the use of an inverter (dc-ac converter), which should be optimized to extract the maximum power from the photovoltaic solar array. In this paper is presented a solution based on a current-source inverter (CSI) using continuous control set model predictive control (CCS-MPC). All the power circuits and respective control systems are described in detail along the paper and were tested and validated performing computer simulations. The paper shows the simulation results and are drawn several conclusions.

The impact of poor power quality in solar photovoltaic microgeneration: technical problems and losses of revenue

This paper presents a critical and quantitative analysis of the influence of the Power Quality in grid connected solar photovoltaic microgeneration installations. First are introduced the main regulations and legislation related with the solar photovoltaic microgeneration, in Portugal and Europe. Next are presented Power Quality monitoring results obtained from two residential solar photovoltaic installations located in the north of Portugal, and is explained how the Power Quality events affect the operation of these installations. Afterwards, it is described a methodology to estimate the energy production losses and the impact in the revenue caused by the abnormal operation of the electrical installation. This is done by comparing the amount of energy that was injected into the power grid with the theoretical value of energy that could be injected in normal conditions. The performed analysis shows that Power Quality severally affects the solar photovoltaic installations operation. The losses of revenue in the two monitored installations M1 and M2 are estimated in about 27% and 22%, respectively.

Three-phase current-source shunt active power filter with solar photovoltaic grid interface

This paper presents the proposal of a three phase current source shunt active power filter (CS-SAPF) with photovoltaic grid interface. The proposed system combines the compensation of reactive power and harmonics with the injection of energy from a solar photovoltaic array into the electrical power grid. The proposed equipment presents the advantage of giving good use to the current source inverter, even when the solar photovoltaic array is not producing energy. The paper describes the control system of the CS SAPF, the energy injection control strategy, and the current harmonics and power factor compensation strategy. Simulation results to assess the performance of the proposed system are also presented.

Interceptação de radiação solar e distribuição espacial de área foliar em floresta de terra firme da Amazônia Central, Brasil

A ocorrência de radiação solar em meio florestal e a sua relação com a distribuição espacial dos elementos vegetais são investigadas neste trabalho. Técnicas experimentais de amostragem de radiação no interior de coberturas vegetais de grande porte são desenvolvidas e testadas, tendo como base dispositivos de suporte móveis constituídos por reticulados modulares suspensos na parte superior das grandes árvores, que permitem a disposição dos sensores de radiação em diferentes níveis de uma mesma vertical e a replicação das medidas em diferentes verticais no interior da cobertura. As medidas de radiação solar foram realizadas no sítio experimental da Reserva Florestal Ducke (02°56' S; 59°57' W), Manaus — Brasil, no período de 29 de outubro a 11 de dezembro de 1998. A inversão de modelo físico de radiação permitiu o estabelecimento da função de densidade de área foliar para a vegetação do local. Os valores obtidos para o índice de área foliar (IAF) nas três verticais em condições de radiação difusa foram 6,6, 6,3 e 6,2.

Atenuação de radiação solar e distribuição vertical de área foliar em floresta - reserva Jaru - Rondônia, Brasil

A atenuação de radiação solar em meio vegetal e sua relação com a distribuição espacial dos elementos vegetais são estudadas neste trabalho. Técnicas experimentais de amostragem de radiação no interior de coberturas vegetais de grande porte são utilizadas, tendo como base dispositivos de suporte móveis constituídos por reticulados modulares suspensos na parte superior das grandes árvores, que permitem a disposição dos sensores de radiação em diferentes níveis de uma mesma vertical no interior da cobertura. As medidas de radiação solar foram realizadas no sítio experimental da Reserva Florestal Jaru (10°05' S; 61°55' W), Ji-Paraná - Brasil, no período de 30 de outubro a 24 de novembro de 1999. A inversão de modelo físico de radiação permitiu o estabelecimento da função de densidade de área foliar com um valor médio de índice de área foliar IAF de 5,6 para a vegetação do local.