- Brazil
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O codigo computacional, SPCTRL2, foi utilizado para estimar a irradiacao solar ultravioleta na localidade de Agua Branca - AL (Longitude -37o 56’ e Latitude -9o 15'), regiao semiarida do Nordeste do Brasil, para o ano de 2008. O... more
O codigo computacional, SPCTRL2, foi utilizado para estimar a irradiacao solar ultravioleta na localidade de Agua Branca - AL (Longitude -37o 56’ e Latitude -9o 15'), regiao semiarida do Nordeste do Brasil, para o ano de 2008. O software requer poucos parâmetros de entrada e faceis de obter: ângulo zenital, pressao atmosferica, quantidade de agua precipitavel, o ozonio total e a profundidade optica de aerossois (AOD). Todas essas variaveis sao medidas em estacoes meteorologicas convencionais, com excecao da profundidade optica de aerossol (AOD). A AOD utilizada para a simulacao foi estimada a partir do indice de turbidez de Linke calculado pelo modelo ESRA (European Solar Radiation Atlas). As estimativas realizadas mostraram um IUV no periodo das 9 as 15 horas elevadas praticamente durante todo o ano e indices extremos iguais a 13 nos meses de fevereiro, marco, outubro, novembro e dezembro.
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In electrical discharges in a flowing plasma between cold electrodes, it is shown that in the low current regime (J of the order of 1 amp/cm2) most of the voltage drop is concentrated near the cathode. A theoretical model has been set up... more
In electrical discharges in a flowing plasma between cold electrodes, it is shown that in the low current regime (J of the order of 1 amp/cm2) most of the voltage drop is concentrated near the cathode. A theoretical model has been set up in order to explain the main features of this phenomenon. The electric field across the viscous sublayer is obtained, the aerodynamic structure of that region being taken into account according to the Coles transformation theory. The model considers three fluids: ions, electrons and neutrals; momentum and particle conservation together with Poisson's equation leads to a closed system of equations. Pair production is taken into account in order to explain the necessary change over from electron current in the main body of the plasma to the predominantly ionic current in the neighborhood of the cathode wall. Numerical computation of the system of equations leads to a theoretical voltage-current characteristic. Experiments have been carried out using a combustion driven shock tube; the voltage- current characteristics and the voltage distribution across the discharge have been obtained. Comparison between theory and the experiments have been made and the main features of the experimental results are explained.
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Abstract We propose the linear aplanatic Fresnel reflector (LAFR) as a novel optical design that is suitable for solar thermal power plants. It comprises a segmented primary reflector and a totally stationary secondary mirror and... more
Abstract We propose the linear aplanatic Fresnel reflector (LAFR) as a novel optical design that is suitable for solar thermal power plants. It comprises a segmented primary reflector and a totally stationary secondary mirror and receiver. We show that it is capable of attaining the high intercept factors of conventional parabolic troughs at high concentration, while offering the practical and lower-cost benefits of linear Fresnel reflectors. The fact that dual-mirror Fresnel concentrators can be aplanatic had been overlooked, mainly due to the perception that Fresnel concentrators offer only one degree of design freedom (specifically, the shape of the secondary mirror). The problem is that the two leading orders of geometric aberration must be eliminated to achieve aplanatism, and hence two degrees of design freedom are necessary. After identifying the solar tracking strategy of the segmented primary reflector as the additional degree of design freedom, we derive analytic relations for its placement and curvature. The secondary mirror shape follows directly from the basic aplanatic formalism. We demonstrate that practical high-performance LAFR designs can achieve intercept factors as high as 0.84 at concentration values of ~26.
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O presente trabalho teve como objetivo comparar o comportamento da corrente fotogerada por uma célula fotovoltaica de multijunção (MJ), determinado a partir de medidas de irradiância espectral e da resposta espectral fornecida pelo... more
O presente trabalho teve como objetivo comparar o comportamento da corrente fotogerada por uma célula fotovoltaica de multijunção (MJ), determinado a partir de medidas de irradiância espectral e da resposta espectral fornecida pelo fabricante, com medidas experimentais de sua corrente de curto circuito para validar a equivalência entre esses parâmetros, bem como definir a junção responsável pela limitação da corrente elétrica estabelecida na célula a partir da avaliação da razão entre as correntes geradas (r c ) pelas junções do topo e intermediária. Para tanto, medidas espectrais foram realizadas através da utilização de um espectroradiômetro cuja faixa espectral de leitura está entre 200 nm e 1100 nm. A célula MJ empregada durante os experimentos possui três junções constituídas de fosfeto de gálio índio (InGaP) na camada do topo, arseneto de gálio índio (InGaAs) na camada intermediária e 2 germânio (Ge) na base, com 1,0 cm de área total, mas com uma cobertura decorrente dos dedos...
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ABSTRACT The thermodynamic scheme of an electrical power station with an opencycle magnetohydrodynamic generator is considered. To improve the electrical conductivity of the flow, short pulses of fuel and oxygen are injected at the exit... more
ABSTRACT The thermodynamic scheme of an electrical power station with an opencycle magnetohydrodynamic generator is considered. To improve the electrical conductivity of the flow, short pulses of fuel and oxygen are injected at the exit of the combustion chamber. The flame temperatures of fuel, with air preheated to 1000°K, are 2670°K and 2700°K at 5 atm and 10 atm respectively. The combustion products are expanded in the generator up to the stagnation pressure of 1.2 atm. The parameters and structure of the flow and the efficiency of the generator are calculated for different isentropic efficiencies of the magnetohydrodynamic generator. The overall efficiency of the power station has been analysed taking into account the compressor work, the power input for the magnetic field and the oxygen generation, the heat losses in heat exchangers and the efficiency of the steam cycle. An impulse type magnetohydrodynamic generator has been proposed. The quasi-one-dimensional flow equations are presented and the solution of the problem is obtained. It is shown that it is possible to obtain high overall efficiencies of the power station with reasonable dimensions of the magnetohydrodynamic duct.
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O presente trabalho consiste em realizar análise de configurações de dispositivos voltados para concentração térmica com dupla reflexão, apresentar o aplanático como uma alternativa para aumento de concentração solar e propor uma nova... more
O presente trabalho consiste em realizar análise de configurações de dispositivos voltados para concentração térmica com dupla reflexão, apresentar o aplanático como uma alternativa para aumento de concentração solar e propor uma nova configuração que apresente características distintas às dos dispositivos já existentes com ganho de concentração solar térmica. O trabalho parte da apresentação do concentrador aplanático, com sua geometria característica. Em seguida, o trabalho apresenta modelo analítico para dimensionamento da concentração solar obtida para os aplanáticos mais adequados para concentração solar face sua compacidade, e por fim, são realizadas simulações por meio de traçadores de raio que corroboram os resultados analíticos obtidos pelo modelo proposto. Os resultados obtidos e apresentados neste trabalho com o concentrador de geometria aplanática mostraram-se bem superiores aos obtidos com os obtidos por meio de cilindro-parábola que é de 23 sóis de concentração efetiva...
Appropriate information on solar resources is very important for a variety of technological areas, such as: agriculture, meteorology, forestry engineering, water resources and particularly for an innovating technology such as solar... more
Appropriate information on solar resources is very important for a variety of technological areas, such as: agriculture, meteorology, forestry engineering, water resources and particularly for an innovating technology such as solar energy. In the market entry process of an innovating technology such as solar energy, the enlarged and sustained reproduction of this energy strongly depends on the economy and reliability of the demonstrative solar systems installed (within a restricted or wide scale). The economy and reliability of a system are the consequence of a well-prepared project, resulting from an accurate knowledge of the solar resource available. Therefore, knowing the potential of the solar resource accurately is not only a need, it is also an imperative for a larger diffusion and use of the solar energy.The existing sources of information on radiation in Brazil are quite varied, both at the institutional level and in different types of publications. At the institutional level these sources are: the National Institute of Meteorology, secretary of agriculture, research centers, universities, and electric power generating and distributing companies, among others. The publications with this information are project reports, internal reports of institutions or several magazines. Thus, the quality of the data varies considerably, the information presents spatial and temporal discontinuity and the instruments as well as the measurement units are not standardized.The general objective of this paper is to recover, qualify, standardize and make available the best information from the current existing solar resource in Brazil, either in the form of isoline charts of solar radiation, insolation, numeric tables or analytic summaries of a great part of the publications on the theme over the last forty years.
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The CPC concentrator collectors with fully illuminated wedge absorbers and stationary (C<1.2) are viable alternatives for providing industrial process heating (heated water) in small size systems that operate at a temperature range of... more
The CPC concentrator collectors with fully illuminated wedge absorbers and stationary (C<1.2) are viable alternatives for providing industrial process heating (heated water) in small size systems that operate at a temperature range of 60 to 100°C. Considering these operational aspects, this work calculated the thermal energy generated annually by a stationary CPC collector operating in a thermosyphon mode (orientated from North-South). Different CPC configurations ( different acceptance angles and different degrees of truncation) were analyzed numerically and its was concluded that for a given concentration , the minimum relationship between the length of the reflector surface and aperture and the smaller average number of reflections occur for CPC arising from a larger nominal concentration, in case 56.4° (nominal concentration equal to 1.2). However, when considering, in addition, the thermal energy generated annually (for example, for Recife, tilt equal latitude and the fluid ...
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This work proposes a new approach on exploring Zinc Oxide (ZnO) nanodiffusers to improve organic solar cell (OSC) performance. ZnO nanoparticles (NPs) dispersed on the OSC top surface can reduce the device reflection and enhance the... more
This work proposes a new approach on exploring Zinc Oxide (ZnO) nanodiffusers to improve organic solar cell (OSC) performance. ZnO nanoparticles (NPs) dispersed on the OSC top surface can reduce the device reflection and enhance the absorption of solar radiation in the photovoltaic active layer, due to the introduction of non-orthogonal light pathways in the device. The behavior of an organic P3HT:PCBM PV module was experimentally evaluated under different outdoor conditions (long-term measurements), confirming the increase of the OSC efficiency under diffuse radiation. The ZnO nanodiffusers contribution on the enhancement of OSCs performance was analyzed via computational simulations, based on finite element method. ZnO NPs with 160 nm in diameter were prepared by a green synthesis route and experimentally characterized. The results indicate that ZnO nanospheres of 160 nm in diameter present a high average Albedo value (0.88) in the visible spectrum range. The evaluated nanostructures scatter solar radiation predominantly in the forward direction. The use of ZnO NPs (160 nm diameter) on the organic solar cell top surface can reduce the device reflectance up to 95% at 530 nm, promoting an efficient light-coupling into the P3HT:PCBM active layer and simultaneously increasing the OSC active layer absorbance (26%). Light-trapping and anti-reflection contributions improve the photocurrent generation by enhancing the OSC short circuit current density by 27.9%.
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Este documento apresenta uma revisao bibliografica sobre concentracao secundaria em concentradores lineares Fresnel. Descreve, ainda, a geometria aplanatica para concentracao solar. Por fim, conceitua um novo concentrador, chamado... more
Este documento apresenta uma revisao bibliografica sobre concentracao secundaria em concentradores lineares Fresnel. Descreve, ainda, a geometria aplanatica para concentracao solar. Por fim, conceitua um novo concentrador, chamado concentrador linear Fresnel aplanatico, que busca reunir as vantagens construtivas do concentrador linear Fresnel convencional apresentando boa concentracao geometrica.
Os modulos fotovoltaicos orgânicos (OPV) vem apresentando um crescente desenvolvimento devido ao seu potencial de baixo custo e a possibilidade de aplicacoes comerciais que oferecem por serem leves, semitransparentes e flexiveis. O metodo... more
Os modulos fotovoltaicos orgânicos (OPV) vem apresentando um crescente desenvolvimento devido ao seu potencial de baixo custo e a possibilidade de aplicacoes comerciais que oferecem por serem leves, semitransparentes e flexiveis. O metodo de fabricacao roll-to-roll possibilita a fabricacao em larga escala e com um menor consumo de energia em relacao as tecnologias fotovoltaicas convencionais. Porem, para que as celulas OPV se popularizem no mercado fotovoltaico, e preciso melhorar a eficiencia e o tempo de vida dos modulos OPV. Atualmente, a eficiencia de um modulo comercial esta em torno de 2 a 6 %. Neste trabalho, diferentes tipos de modulos comerciais OPV foram analisados de acordo com o material que compoe a camada ativa e o tamanho da celula fotovoltaica. Os dois materiais estudados foram o P3HT:PCBM e um outro polimero, que por motivos de sigilo industrial, e referido no texto como molecula azul. Curvas caracteristicas foram obtidas para avaliar os modulos OPV e o comportament...
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O conhecimento do perfil de distribuicao de energia que incide em um absorvedor de um concentrador solar permite a realizacao de avaliacoes de desempenho, de diagnosticos de operacao e possibilita a quantificacao da energia absorvida. Por... more
O conhecimento do perfil de distribuicao de energia que incide em um absorvedor de um concentrador solar permite a realizacao de avaliacoes de desempenho, de diagnosticos de operacao e possibilita a quantificacao da energia absorvida. Por outro lado, os concentradores solares nao sao equipamentos ideais, estao sujeitos aos chamados erros opticos que podem ser provocados por problemas no rastreamento e deficiencias na superficie refletora. Este trabalho utiliza a solucao analitica desenvolvida por Fraidenraich et al. (2013) para avaliar a sensibilidade de tres geometrias de concentradores solares: calha parabolica com absorvedor plano e com absorvedor cilindrico e o Fresnel com absorvedor cilindrico; frente a ocorrencia e a intensidade de erros opticos de rastreamento e a qualidade da superficie refletora. Apos as simulacoes, verificou-se que a qualidade do sistema de rastreamento deve estar ligada a qualidade da superficie refletora para a geometria de concentrador calha parabolica ...
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Neste artigo, foi realizado um estudo das caracteristicas do recurso solar para cidade de Petrolina (PE) atraves da analise da quantidade de dias de ceu claro, sendo relevante para projetos de instalacao de usinas de energia solar termica... more
Neste artigo, foi realizado um estudo das caracteristicas do recurso solar para cidade de Petrolina (PE) atraves da analise da quantidade de dias de ceu claro, sendo relevante para projetos de instalacao de usinas de energia solar termica ou fotovoltaica. Os dados solarimetricos utilizados foram provenientes da estacao SONDA. Determinou-se um modelo empirico de ceu claro para regiao de modo a ajustar as curvas de irradiância global medida e estimada. Com os valores de irradiância global estimada, foi calculado, para todos os dias da base de dados, o valor de uma constante K c que e dado pela razao entre as irradiâncias globais medida e estimada de ceu claro. Foi definido que dias com o K c maior que 0,94 podem ser considerados como dias de ceu claro. Posteriormente, calculou-se as distribuicoes mensal e anual dos valores de K c baseado na frequencia dos valores desta constante. Procedimento semelhante tambem foi feito para Recife (PE). Dispondo dos graficos da distribuicao anual do ...
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O presente trabalho realiza uma analise teorica de uma planta solar de 50 MW com geracao indireta de vapor atraves da mudanca do fluido de absorcao termica nos coletores, que usualmente utiliza-se oleo sintetico (Therminal VP1), por sais... more
O presente trabalho realiza uma analise teorica de uma planta solar de 50 MW com geracao indireta de vapor atraves da mudanca do fluido de absorcao termica nos coletores, que usualmente utiliza-se oleo sintetico (Therminal VP1), por sais fundidos. A troca do fluido de trabalho permite o aumento das temperaturas de superaquecimento e evaporacao para gerar maximo trabalho na turbina e consequentemente, um aumento do rendimento ciclo termodinâmicos da planta heliotermica. O ciclo do bloco de potencia foi o ciclo Rankine convencional, simulando situacoes de trabalho e eficiencia em funcao da temperatura de evaporacao e superaquecimento, que varia de acordo com o fluido termico utilizado. Utilizando a temperatura de evaporacao que gera o maximo trabalho, perfis de temperatura do fluido e da agua foram construidos e comparados. Utilizou-se o Therminol VP1 e dois sais: um com proporcao de 45% de NaNO3 e 65% de KNO3 e outro com 60% de NaNO3 e 40% KNO3. As temperaturas maxima e minima do flu...
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Este trabalho descreve o SIGA SOL 1.0 – Sistema de Informacao Geografica Aplicada a Energia Solar, um sistema de gestao e planejamento elaborado sobre uma plataforma GIS (Geographic Information System) e destinados a tomadores de decisao... more
Este trabalho descreve o SIGA SOL 1.0 – Sistema de Informacao Geografica Aplicada a Energia Solar, um sistema de gestao e planejamento elaborado sobre uma plataforma GIS (Geographic Information System) e destinados a tomadores de decisao sejam eles administradores, planejadores ou consultores em energia renovaveis. Foi concebido para lidar com a gestao e planejamento de sistemas solar fotovoltaico, biomassa e eolico em regioes rurais do Nordeste do Brasil. O prototipo da ferramenta GIS cobre uma area de 183.500 km 2 e e constituido por tres blocos principais: gestao dos sistemas renovaveis instalados, planejamento de insercao de novos sistemas renovaveis e atualizacao dos bancos de dados. O SIGA-SOL 1.0 tem no total 80 camadas de informacoes que permitem realizar analises espaciais sobre a gestao e planejamento com fontes renovaveis de energia a nivel macro-espacial (estado) e local (municipio). A ferramenta para o planejamento da insercao de novos sistemas fotovoltaicos permite rea...
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This work summarizes recently published information on the solar resource of Brazil. We describe the spatial distribution of solar radiation and its relationship with climatic and geographical conditions. In order to harmonize the... more
This work summarizes recently published information on the solar resource of Brazil. We describe the spatial distribution of solar radiation and its relationship with climatic and geographical conditions. In order to harmonize the information in terms of type of instruments, time recording period and data processing methods, a careful selection of records from the data base was made. Density of recording stations is reasonable in the south, southeast and northeast regions of the country, while in the west center and north regions the density of stations is rather poor. The procedure to elaborate the maps of daily solar radiation, monthly and annual average is described. Consideration of the measuring period of the monthly averages, used to elaborate the contour maps, shows that they meet the requirement that 90% of averages are inside the strip of ±7.5%, centralized on the average of very long period measurements. We present one map with the localization of the recording stations and one annual and 12 monthly contour maps, describing daily solar radiation levels over the whole territory. Spacing among the contour lines is (±2 MJ⧸m2 day). Annual average of solar radiation lies within the interval of ((18±2) MJ⧸m2 day), except in the northeast region where values higher than (20 MJ⧸m2 day) are found. Two regions with levels of (16 MJ⧸m2 day) are also observed. The highest monthly average values (24 MJ⧸m2 day) are observed in the state of Rio Grande do Sul, southern end of the country, in the summer season (December and January). The lowest values in the country (8 MJ⧸m2 day) are observed in June and July (winter in the southern hemisphere), on the extreme south coastline of the same state, Rio Grande do Sul, below 32° south latitude.
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Os coletores concentradores utilizados na conversao solar termica tem como componentes principais uma superficie refletora e um elemento absorvedor por onde circula um fluido termico a ser aquecido pela radiacao. Entre os concentradores... more
Os coletores concentradores utilizados na conversao solar termica tem como componentes principais uma superficie refletora e um elemento absorvedor por onde circula um fluido termico a ser aquecido pela radiacao. Entre os concentradores existentes, os sistemas solares compostos por cilindros parabolicos sao os mais utilizados para a geracao de energia eletrica em grande escala. No entanto, os custos relacionados a instalacao de centrais termicas que utilizam cilindros parabolicos dificultam a competicao com outras formas de producao de energia. Alternativamente, os concentradores Fresnel possuem um conjunto de caracteristicas que apresentam um consideravel potencial para a reducao de custos. Porem, a eficiencia dos concentradores Fresnel depende de fatores como bloqueio da radiacao refletida e area de perda entre espelhos, os quais atenuam a radiacao coletada. Esse artigo analisa as areas de sombra, de bloqueio e de perda entre espelhos dos concentradores Fresnel e estima suas influ...