The federal photovoltaics commercialization program

The dissertation presents a political and economic history of the federal government's program to commercialize photovoltaic energy for terrestrial use. Chapter 1 is a detailed history of the program. Chapter 2 is a brief review of the Congressional roll call voting literature. Chapter 3 develops PV benefit measures at the state and Congressional district level necessary for an econometric analysis of PV roll call voting. Chapter 4 presents the econometric analysis.

Because PV power was considerably more expensive than conventional power, the program was designed to make PV a significant power source in the long term, emphasizing research and development, although sizeable amounts have been spent for procurement (direct government purchases and indirectly through tax credits). The decentralized R and D program pursued alternative approaches in parallel, with subsequent funding dependent on earlier progress. Funding rose rapidly in the 1970s before shrinking in the 1980s. Tax credits were introduced in 1978, with the last of the credits due to expire this year.

Major issues in the program have been the appropriate magnitude of demonstrations and government procurement, whether decentralized, residential use or centralized utility generation would first be economic, the role of storage in PV, and the role of PV in a utility's generation mix.

Roll call voting on solar energy (all votes analyzed occurred from 1975-1980) was influenced in a cross-sectional sense by all the influences predicted: party and ideology, local economic benefits of the technology, local PV federal spending and manufacturing, and appropriations committee membership. The cross-sectional results for ideology are consistent with the strongly ideological character of solar energy politics and the timing of funding increases and decreases discussed in Chapter 1. Local PV spending and manufacturing was less significant than ideology or the economic benefits of the technology. Because time series analysis of the votes was not possible, it is not possible to test the role of economic benefits to the nation as a whole.

Estudio de la situación actual en las empresas de producción fotovoltaica

[ES]La energía solar fotovoltaica es un sistema de generación eléctrica cada vez más importante entre los países desarrollados. En este contexto, España siempre ha sido una de los países que más ha invertido a lo largo de su historia. En los últimos años, sin embargo, por culpa del déficit tarifario esta situación ha cambiado, implantando medidas para ahorrar costes que a largo plazo deterioran dicho sector. En el trabajo, se presenta un estudio que muestra la actualidad de este tejido empresarial. Para ello, se ha realizado una encuesta a varias empresas, sobre la situación del sector y las perspectivas de crecimiento y desarrollo dentro de ese entorno. Así, se ha concluido con algunas de las consecuencias que pueden suceder debido al cambio de legislación.

The machinist landscape:Land Art Generator Initiative (Competition)

THE MACHINIST LANDSCAPE: AN ENTROPIC GRID OF VARIANCE
‘By drawing a diagram, a ground plan of a house, a street plan to the location of a site, or a topographic map, one draws a “logical two dimensional picture”. A “logical picture” differs from a natural or realistic picture in that it rarely looks like the thing it stands for.’
A Provisional Theory of Non-Sites, Robert Smithson (1968)

Between design and ground there are variances, deviations and gaps. These exist as physical interstices between what is conceptualised and what is realised; and they reveal moments in the design process that resist the reconciliation of people and their environment (McHarg 1963). The Machinist Landscape interrogates the significance of these variances through the contrasting processes of coppice and photovoltaic energy. It builds on the potential of these gaps, and in doing so proposes that these spaces of variance can reveal the complexity of relationships between consumption and remediation, design and nature.
Fresh Kills Park, and in particular the draft master plan (2006), offers a framework to explore this artificial construct. Central to the Machinist Landscape is the analysis of the landfill gas collection system, planned on a notional 200ft grid. Variations are revealed between this diagrammatic grid measure and that which has been constructed on the site. These variances between the abstract and the real offer the Machinist Landscape a powerful space of enquiry. Are these gaps a result of unexpected conditions below ground, topographic nuances or natural phenomena? Does this space of difference, between what is planned and what is constructed, have the potential to redefine the dynamic processes and relations with the land?
The Machinist Landscape is structured through this space of variance with an ‘entropic grid’, the under-storey of which hosts a carefully managed system of short-rotation coppice (SRC). The coppice, a medieval practice related to energy, product, and space, operates on theoretical and programmatic levels. It is planted along a structure of linear bunds, stabilized through coppice pole retaining structures and enriched with nutrients from coppice produced bio-char. Above the coppice is built an upper-storey of photovoltaic (PV); its structures fabricated from the coppiced timber and the PV produced with graphene from coppice charcoal processes.

Avaliação de qualidade de energia de um sistema fotovoltaico numa rede elétrica

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Dimensionamento de uma central de miniprodução fotovoltaica para uma exploração agrícola direcionada à indústria de laticínios

Este documento apresenta o trabalho desenvolvido no âmbito da disciplina de “Dissertação/Projeto/Estágio”, do 2º ano do Mestrado em Energias Sustentáveis. O crescente consumo energético das sociedades desenvolvidas e emergentes, associado ao consequente aumento dos custos de energia e dos danos ambientais resultantes, promove o desenvolvimento de novas formas de produção de energia, as quais têm como prioridade a sua obtenção ao menor custo possível e com reduzidos impactos ambientais. De modo a poupar os recursos naturais e reduzir a emissão com gases de efeito de estufa, é necessária a diminuição do consumo de energia produzida a partir de combustíveis fósseis. Assim, devem ser criadas alternativas para um futuro sustentável, onde as fontes renováveis de energia assumam um papel fundamental. Neste sentido, a produção de energia elétrica, através de sistemas solares fotovoltaicos, surge como uma das soluções. A presente dissertação tem como principal objetivo a realização do dimensionamento de uma central de miniprodução fotovoltaica, com ligação à rede elétrica, em uma exploração agrícola direcionada à indústria de laticínios, e o seu respetivo estudo de viabilidade económica. A exploração agrícola, que serve de objeto de estudo, está localizada na Ilha Graciosa, Açores, sendo a potência máxima a injetar na Rede Elétrica de Serviço Público, pela central de miniprodução, de 10 kW. Para o dimensionamento foi utilizado um software apropriado e reconhecido na área da produção de energia elétrica através de sistemas fotovoltaicos – o PVsyst –, compreendendo as seguintes etapas: a) definição das caraterísticas do local e do projeto; b) seleção dos módulos fotovoltaicos; c) seleção do inversor; d) definição da potência de ligação à rede elétrica da unidade de miniprodução. Posteriormente, foram estudadas diferentes hipóteses de sistemas fotovoltaicos, que se distinguem na opção de estrutura de fixação utilizada: dois sistemas fixos e dois com eixo incorporado. No estudo de viabilidade económica foram realizadas duas análises distintas a cada um dos sistemas fotovoltaicos considerados no dimensionamento, nomeadamente: uma análise em regime remuneratório bonificado e uma análise em regime remuneratório geral. Os resultados obtidos nos indicadores económicos do estudo de viabilidade económica realizado, serviram de apoio à decisão pelo sistema fotovoltaico mais favorável ao investimento. Conclui-se que o sistema fotovoltaico com inclinação adicional é a opção mais vantajosa em ambos os regimes remuneratórios analisados. Comprova-se, assim, que o sistema fotovoltaico com maior valor de produção de energia elétrica anual, que corresponde ao sistema fotovoltaico de dois eixos, não é a opção com maior rentabilidade em termos económicos, isto porque a remuneração proveniente da sua produção excedente não é suficiente para colmatar o valor do investimento mais acentuado de modo a obter indicadores económicos mais favoráveis, que os do sistema fotovoltaico com inclinação adicional. De acordo com o estudo de viabilidade económica efetuado independentemente do sistema fotovoltaico que seja adotado, é recuperado o investimento realizado, sendo a remuneração efetiva superior à que foi exigida. Assim, mesmo tendo em consideração o risco associado, comprova-se que todos os sistemas fotovoltaicos, em qualquer dos regimes remuneratórios, correspondem a investimentos rentáveis.

Autoconsumo fotovoltaico, um elemento de eficiência energética. Caso de estudo: ISEP

Mestrado em Energias Sustentáveis

Impacto da Microprodução na Forma de Onda de Tensão na Rede de Distribuição de Energia

Actualmente tem sido dada uma importância à energia de origem renovável. No entanto, o conceito de fonte de energia renovável não significa necessariamente que essas fontes sejam renováveis, para o que seria necessário considerar os impactos que a sua produção e utilização tem ao nível dos três pilares fundamentais da sustentabilidade: o social, o ambiental e o económico. Num mundo cada vez mais insustentável, a busca por melhorias ao nível da eficiência energética constitui uma prioridade. A dissertação que aqui se apresenta visa essencialmente analisar o problema que representa a produção distribuída de energia para a amplitude e forma de onda de tensão na rede de distribuição. Sendo do conhecimento dos especialistas que as cavas de tensão constituem um problema significativo, a questão das harmónicas ainda é uma área em desenvolvimento. No caso de estudo que é apresentado no âmbito desta dissertação, pretendeu-se analisar esta problemática ao nível da amplitude e forma da onda de tensão na rede de distribuição. Foi possível tirar algumas ilações relativas ao impacto que a microprodução a partir de fonte FV tem, através da utilização do equipamento de medição adequado. Conclui-se que existe, efetivamente, uma distorção da forma de onda, distorção essa que constitui não só uma desvantagem para os consumidores de energia, visto poder causar efeitos colaterais nos seus equipamentos, mas também um problema de eficiência energética, obrigando a que no futuro, e assumindo que estes sistemas vão proliferar em larga escala a nível global, exista uma exigência em termos de requisitos técnicos como o aumento da secção do cabo elétrico e a respectiva ramificação da rede para a distribuição de energia que por si só, é insustentável.

PV inverters for module level applications

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energias Renováveis – Conversão Eléctrica e Utilização Sustentáveis

Experimental performance of a string module in a CPC reflector cavity

The purpose of the work is to develop a cost effective semistationary CPC concentrator for a string PV-module. A novel method of using annual irradiation distribution diagram projected in a north-south vertical plane is developed. This method allows us easily to determine the optimum acceptance angle of the concentrator and the required number of annual tilts. Concentration ranges of 2-5x are investigated with corresponding acceptance angles between 5 and 15°. The concentrator should be tilted 2-6 times per year. Experiments has been performed on a string module of 10 cells connected in a series and equipped with a compound parabolic concentrator with C = 3.3X. Measurement show that the output will increase with a factor of 2-2.5 for the concentrator module, compared to a reference module without concentrator. If very cheap aluminium reflectors are used the costs for the PV-module can be decreased nearly by a factor of two.

Perspectivas de inserção da energia solar fotovoltaica na geração de energia elétrica no Rio Grande do Norte

The generation of electricity in Brazil is predominantly renewable, with internal hydraulic generation being more than 70% of its energy matrix. The electricity rationing occurred in 2001 due to lack of rain, led the country to increase the participation of alternative energy sources. This need for new sources of energy makes the regional potential to be exploited, which configures the change of generation model from centralized generation to distributed generation. Among the alternative sources of energy, the solar energy is presented as very promising for Brazil, given that most of its territory is located near to the equator line, which implies days with greater number of hours of solar radiation. The state of Rio Grande do Norte (RN) has one of the highest levels of solar irradiation of the Brazilian territory, making it eligible to receive investments for the installation of photovoltaic solar plants. This thesis will present the state-of-the-art in solar photovoltaic power generation and will examine the potential for generation of solar photovoltaic power in Brazil and RN, based on solarimetrics measurements conducted by various institutions and also measurements performed in Natal, the state capital

Main maximum power point tracking strategies intended for photovoltaics

This paper presents evaluations among the most usual MPPT techniques, doing meaningful comparisons with respect to the amount of energy extracted from the photovoltaic panel (PV) (Tracking Factor - TF) in relation to the available power, PV voltage ripple, dynamic response and use of sensors. Using MatLab/Simulink® and DSpace platforms, a digitally controlled boost DC-DC converter was implemented and connected to an Agilent Solar Array E4350B simulator in order to verify the analytical procedures. The main experimental results are presented and a contribution in the implementation of the IC algorithm is performed and called IC based on PI. Moreover, the dynamic response and the tracking factor are also evaluated using a Friendly User Interface, which is capable of online program power curves and compute the TF. Finally, a typical daily insulation is used in order to verify the experimental results for the main PV MPPT methods. © 2011 IEEE.

Research on photovoltaics: Review, trends and perspectives

This paper presents a briefly review, some trends and perspectives in the field of Photovoltaic energy conversion, which is considered to be the most important renewable energy source in few years, in the coming decades. The power electronics plays a fundamental role in this process, developing systems each times more competitive, efficient, reliable, and also reducing costs and reducing the payback time. Some trends are visible, which are the use of Silicon Carbide devices in PV inverters, the use of integrated inverter structures, the integration of power converters into the PV module or the use of few PV series connection, the development of thinner and more efficient solar cells. Moreover, the discussion about the necessity of MPPT and anti-island schemes are presented, mainly considering the expected growth of grid-tied applications. © 2011 IEEE.

New integrated Zeta and Cuk inverters intended for standalone and grid-connected applications

This paper presents new inverter topologies based on the integration of a DC to DC Zeta or Cuk converter with a voltage source inverter (VSI). The proposed integration procedure aims to reduce the amount of components, meaning lower volume, weight and costs. In this context, new families of single-phase and three-phase integrated inverters are also presented. Therefore, considering the novelty for Zeta and Cuk integrated inverters structures, the proposed single-phase and three-phase inverters versions are analyzed for grid-tied and stand-alone applications. Furthermore, in order to demonstrate the feasibility of the proposal, the main simulation and experimental results are presented. © 2011 IEEE.

Tri-state Space Vector Modulation for Three-phase integrated inverters

The aim of this work is to present a modified Space Vector Modulation (SVM) suitable for Tri-state Three-phase inverters. A standard SVM algorithm and the Tri-state PWM (Pulse Width Modulation) are presented and their concept are mixed into the novel SVM. The proposed SVM is applied to a three-phase tri-state integrated Boost inverter, intended to Photovoltaic Energy Applications. The main features for this novel SVM are validated through simulations and also by experimental tests. The obtained results prove the feasibility of the proposal. © 2011 IEEE.

Design and development of a low-cost solar tracker

To become competitive, ultimately, photovoltaics should have its costs reduced and use photovoltaic systems of greater efficiency. The main steps in this direction are the use of new materials, the improvement in the manufacture of modules and the adoption of techniques of maximum power point tracking and of solar tracking. This article aims at presenting the project and development of an azimuth and elevation solar tracker, based on a new conception of the positioning sensor, composed of an array of four photoresistors. The two direct current motors that operate in the vertical and horizontal axes are controlled by a proportional-integral microcontroller. The conditions of the project were low cost, small energy consumption and versatility. The microcontroller can also incorporate a maximum power point tracking algorithm. The performance of solar tracker prototype in the initial phase of field tests can be considered appropriate. © Institution of Engineers Australia, 2013.