Inorganic Photovoltaics - Planar and Nanostructured Devices

Since its invention in the 1950s, semiconductor solar cell technology has evolved in great leaps and bounds. Solar power is now being considered as a serious leading contender for replacing fossil fuel based power generation. This article reviews the evolution and current state, and potential areas of near future research focus, of leading inorganic materials based solar cells, including bulk crystalline, amorphous thin-films, and nanomaterials based solar cells. Bulk crystalline silicon solar cells continue to dominate the solar power market, and continued efforts at device fabrication improvements, and device topology advancements are discussed. III-V compound semiconductor materials on c-Si for solar power generation are also reviewed. Developments in thin-film based solar cells are reviewed, with a focus on amorphous silicon, copper zinc tin sulfide, cadmium telluride, as well as nanostructured Cadmium telluride. Recent developments in the use of nano-materials for solar power generation, including silicon and gallium arsenide nanowires, are also reviewed.

Barriers to the adoption of photovoltaic systems: The state of the art

Although photovoltaic (PV) systems have become much more competitive, the diffusion of PV systems still remains low in comparison to conventional energy sources. What are the current barriers hindering the diffusion of PV systems? In order to address this, we conducted an extensive and systematic literature review based on the Web of Science database. Our state-of-the-art review shows that, despite the rapid development and maturity of the technology during the past few years, the adoption of PV systems still faces several barriers. The wide adoption of PV systems-either as a substitute for other electricity power generation systems in urban areas or for rural electrification-is a challenging process. Our results show that the barriers are evident for both low- and high-income economies, encompassing four dimensions: sociotechnical, management, economic, and policy. Although the barriers vary across context, the lessons learned from one study can be valuable to others. The involvement of all stakeholders-adopters, local communities, firms, international organizations, financial institutions, and government-is crucial to foster the adoption.

Desenvolvimento de estratégias de otimização contínua e discreta para problemas de fluxo de potência ótimo

O objetivo do presente trabalho é a investigação e o desenvolvimento de estratégias de otimização contínua e discreta para problemas de Fluxo de Potência Ótimo (FPO), onde existe a necessidade de se considerar as variáveis de controle associadas aos taps de transformadores em-fase e chaveamentos de bancos de capacitores e reatores shunt como variáveis discretas e existe a necessidade da limitação, e/ou até mesmo a minimização do número de ações de controle. Neste trabalho, o problema de FPO será abordado por meio de três estratégias. Na primeira proposta, o problema de FPO é modelado como um problema de Programação Não Linear com Variáveis Contínuas e Discretas (PNLCD) para a minimização de perdas ativas na transmissão; são propostas três abordagens utilizando funções de discretização para o tratamento das variáveis discretas. Na segunda proposta, considera-se que o problema de FPO, com os taps de transformadores discretos e bancos de capacitores e reatores shunts fixos, possui uma limitação no número de ações de controles; variáveis binárias associadas ao número de ações de controles são tratadas por uma função quadrática. Na terceira proposta, o problema de FPO é modelado como um problema de Otimização Multiobjetivo. O método da soma ponderada e o método ε-restrito são utilizados para modificar os problemas multiobjetivos propostos em problemas mono-objetivos. As variáveis binárias associadas às ações de controles são tratadas por duas funções, uma sigmoidal e uma polinomial. Para verificar a eficácia e a robustez dos modelos e algoritmos desenvolvidos serão realizados testes com os sistemas elétricos IEEE de 14, 30, 57, 118 e 300 barras. Todos os algoritmos e modelos foram implementados em General Algebraic Modeling System (GAMS) e os solvers CONOPT, IPOPT, KNITRO e DICOPT foram utilizados na resolução dos problemas. Os resultados obtidos confirmam que as estratégias de discretização são eficientes e as propostas de modelagem para variáveis binárias permitem encontrar soluções factíveis para os problemas envolvendo as ações de controles enquanto os solvers DICOPT e KNITRO utilizados para modelar variáveis binárias não encontram soluções.

Ajuste e ensaio de sistemas de proteção de geradores síncronos.

Os sistemas de proteção dos elementos da rede elétrica desempenham um papel de fundamental importância na segurança e confiabilidade dos sistemas de potência. A não atuação ou a atuação incorreta dos relés de proteção durante uma falta localizada em um componente da rede pode transformar-se em um evento sistêmico de grandes proporções (blecaute). Esses eventos trazem riscos e elevados prejuízos econômicos à sociedade. A proteção dos geradores síncronos, apesar do alto custo e complexidade deste tipo de equipamento, não recebe a mesma atenção na literatura que a dedicada à proteção de outros elementos da rede, como, por exemplo, a das linhas de transmissão. Isso decorre do menor número de geradores existentes na rede e também da ideia que as faltas neste tipo de equipamento são menos frequentes. Este trabalho aborda os principais aspectos envolvidos com o projeto de um sistema de proteção para geradores síncronos de grande porte. Incialmente, discutese os principais conceitos associados com os geradores, de interesse para a tarefa de proteção. Particular atenção é dedicada às formas de aterramento e aos critérios adotados para projeto do resistor de aterramento utilizado nesse equipamento. Em seguida, apresentam-se as principais funções de proteção aplicáveis aos geradores, particularmente aquelas voltadas para a detecção de faltas nos enrolamentos do estator. Discute-se também os critérios de ajustes dos parâmetros dessas funções. Descreve-se o uso de uma plataforma laboratorial, baseada em simulador de tempo real (RTDS), para ensaio e análise do sistema de proteção visando validar seu correto desempenho frente às possíveis condições operativas que podem ser encontradas em campo. Finalmente, utilizando os conceitos desenvolvidos ao longo do trabalho, desenvolve-se um estudo de caso, onde é realizado o projeto e implementação do sistema de proteção dos geradores de uma usina hidrelétrica hipotética. Para avaliar e analisar o desempenho do sistema de proteção dessa rede exemplo, parametrizou-se o IED G60 (GE) e realizou-se inúmeras simulações na plataforma de testes proposta.

Avaliação da quantidade e qualidade dos recursos hídricos superficiais da bacia hidrográfica do rio Sapucaí-Mirim (SP) através do simulador computacional Mike Basin

Fundamental a vida e ao desenvolvimento de qualquer sociedade, a água é um bem precioso e limitado que está se esgotando e sendo motivo de preocupação mundial. O desperdício, a distribuição desigual, o aumento do consumo e a degradação da qualidade da água são motivos que a tornaram escassa e trouxeram à tona a importância do planejamento e gerenciamento dos recursos hídricos. Frente a esta situação, este trabalho buscou avaliar a disponibilidade hídrica quantitativa e qualitativa da bacia hidrográfica do rio Sapucaí-Mirim, SP. Através da aplicação do simulador hidrológico MIKE BASIN, foi analisado o desempenho do sistema de recursos hídricos, o conflito existente entre os usos múltiplos e a concentração dos parâmetros OD e DBO nas águas do rio que recebe efluentes domésticos, muitos deles sem nenhum tratamento. Apesar da quantidade de água ser suficiente para atender às demandas, o estudo mostra que a geração de energia elétrica está comprometida e a água está se esgotando qualitativamente, evidenciando a necessidade e urgência de se implantar estações de tratamento de esgoto.

Risco de mercado na comercialização de energia elétrica: uma análise estruturada com foco no ambiente de contratação livre - ACL.

A motivação para o desenvolvimento desse trabalho surge em um momento em que se verifica uma participação cada vez mais significativa das fontes energéticas renováveis não convencionais no País. Não obstante, o cenário de evolução evidencia que o arcabouço regulatório e as regras de mercado não acompanharam as especificidades inerentes à exploração dessas fontes. Assim, para que se mantenha adequado ritmo de inserção na matriz energética, devem ser buscadas opções para que fontes alternativas sejam cada vez mais competitivas na atual configuração do mercado energético. A contribuição dessa pesquisa, portanto, centra-se na análise dos riscos de mercado incorridos por esses geradores de fontes intermitentes de energia ao comercializarem energia no ambiente de contratação livre. Nessa perspectiva, a Dissertação foi desenvolvida abordando tipos de geração de energia e suas características técnicas e econômicas, legislação do setor elétrico, regras de comercialização, balanço energético do sistema, formação de preços no mercado de curto prazo e precificação de contratos no ACL, diferença de preços entre submercados, requisitos de flexibilidade e sazonalidade nos contratos de venda a consumidores livres e seu impacto na precificação de contratos, identificação de comportamento energético complementar para mitigação de riscos de mercado entre fontes renováveis e rebatimento na formulação de mecanismo de hedge, análise de portfólio de contratos e estratégia ótima de contratação de energia para agentes geradores atuando no ACL. Como resposta ao desafio de equacionar o impasse surgido na comercialização de fontes de produção sazonal, propõe-se um modelo para definir estratégias de contratação para agentes geradores e comercializadores a partir da complementação energética entre diferentes tipos de fontes, de forma a maximizar os ganhos de comercialização para um risco estabelecido. Busca-se a composição ideal dessas fontes na carteira de um comercializador para minimizar o risco de exposição à volatilidade dos preços do mercado de curto prazo. Isso é possível em virtude das compensações energéticas feitas entre as diferentes fontes em um portfólio combinado, mitigando a receita em risco decorrente das variações que existem nos preços de curto prazo e na produção energética. De forma complementar, estruturou-se um modelo de negócio no qual uma empresa detentora de ativos de geração hidrelétrica compra os direitos de produção de uma eólica e/ou biomassa para incorporar ao seu portfólio e vender como contrato por quantidade. Determinou-se o volume de energia a ser comprado de cada fonte, o preço, a estratégia mais indicada de contratação e a mitigação de fatores de risco contemplados nos contratos de venda, buscando maximizar os ganhos de comercialização condicionada a critérios de risco pré-fixados.

Prospects for Energy Supply and Demand in the Southern Mediterranean: Scenarios for 2010-30. MEDPRO Technical Report No. 22/December 2012

The aim of this technical report is to quantify alternative energy demand and supply scenarios for ten southern and eastern Mediterranean countries up to 2030. The report presents the model-based results of four alternative scenarios that are broadly in line with the MEDPRO scenario specifications on regional integration and cooperation with the EU. The report analyses the main implications of the scenarios in the following areas: • final energy demand by sector (industry, households, services, agriculture and transport); • the evolution of the power generation mix, the development of renewable energy sources and electricity exports to the EU; • primary energy production and the balance of trade for hydrocarbons; • energy-related CO2 emissions; and • power generation costs.

Outlook for Electricity and Renewable Energy in Southern and Eastern Mediterranean Countries. MEDPRO Technical Report No. 16/October 2012

The aim of this report is to elaborate the MEDPRO Energy Reference Scenario for electricity demand and power generation (by energy source) in the southern and eastern part of the Mediterranean (MED- 11 countries) up to 2030. The report assesses  the prospects for the implementation of renewable energy in the MED-11 countries over the next decades. The development of renewable energy is a cornerstone of the MED-11 countries’ efforts to improve security of supply and reduce CO2 emissions;  the prospects for regional renewable-energy plans (the Mediterranean Solar Plan, DESERTEC and Medgrid); and  the development of electricity interconnections in MED-11 countries and the possible integration of Mediterranean electricity and renewable markets (both south–south and south–north).

Smart electricity grids: A very slow deployment in the EU. Egmont Paper No. 74, February 2015

Summary. The European electricity sector will have to deal with a huge challenge in the decades to come. On the one hand, electrical power is increasingly substituted for other forms of energy. It has been forecast that electricity demand will increase in the future (notably because of new needs in transport and heat sectors), although it is currently stagnant, mainly because of the economic crisis. Unless a major alternative energy source is discovered, electricity will become the central energy pillar in the long term. On the other hand, electricity production remains uncertain and will depend on numerous factors: the growth of renewable energy and decentralized energy, the renewal of old power generation capacities, increased external dependency, CO2 charges, etc. This increases the demand for electricity networks that are more reliable, more efficient, and more flexible. Europe’s current electricity networks are ageing, and, as already indicated by the International Energy Agency, many of them will need to be modernized or replaced in the decades to come. Finally, the growing impact of energy trading also needs to be taken into account. These considerations explain the need to modernize the electric grid through various ICT means. This modernization alone may allow the grid to become more flexible and interactive, to provide real time feedback, more adaptation to a fluctuating demand, and finally to reduce the global electricity costs. The paper begins with a description of the EU definition of the term ‘smart grid’ (§ 1) and of the body in charge of advising the Commission (§ 2). The EU legal framework applicable to smart grids is also detailed (§ 3). It is a rather complex domain, connected to various regulations. The paper then examines three critical factors in the development of smart grids (and smart meters as a precondition). Standardization is quite complex, but absolutely essential (§ 4). Innovation is not easily put into action (§ 5). Finally, as digital insecurity has worsened dramatically in recent years, the security of electricity networks, and especially their multiplied electronic components, will become increasingly important (§ 6). Lastly, the paper provides a concise overview of the progress of smart grids in the EU in recent years (§ 7). In a nutshell, the conclusion is that progress is quite slow, many obstacles remain, and, given the appearance of many new regulatory problems, it would be useful to organize a review of the present EU strategy.

Capacity mechanisms. A credibility test for the Energy Union? EPC Policy Brief, 11 June 2015

Recently, few aspects of the debate surrounding energy have been as divisive as capacity markets. After having given a green light to a capacity remuneration scheme in the UK in 2014, the EU Commission is now considering starting a sector inquiry in several member states. This paper aims at shedding some light on what capacity markets are about and what are the EU-specific implications, arguing that the debate is ill framed within a market context still focused on conventional power generation, and making the case for a coordinated approach to solve the fallacies of the present system.

Electrochemical photovoltaic cells : quarterly technical progress report for April 15 - July 31, 1980 /

"Work Performed Under Contract No. AC02-77CH00178."

The future of photovoltaic energy conversion in developing countries /

"Work Performed Under Contract No. EG-77-C-01-4042."

The growth of silicon sheets for photovoltaic applications /

The status of silicon sheet development for photovoltaic applications is critically reviewed. Silicon sheet growth processes are classified according to their linear growth rates. The "fast" growth processes, which include edge-defined film-fed growth, silicon on ceramic, dendritic-web growth, and ribbon-to-ribbon growth, are comparatively ranked subject to criteria involving growth stability, sheet productivity, impurity effects, crystallinity, and solar cell results. The status of more rapid silicon ribbon growth techniques, such as horizontal ribbon growth and melt quenching, is also reviewed. The emphasis of the discussions is on examining the viability of these sheet materials as solar cell substrates for low-cost silicon photovoltaic systems.

Interim performance criteria for photovoltaic energy systems /

"December 1980."

Photovoltaics information user study /

"October 1980."