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Universities are the main responsible for generating knowledge and for scientific and technological progress to occur, it is necessary for them to create and improve the procedures for transferring the knowledge developed to society. Therefore, there is a need to value the technologies developed by means of a specific method that is capable to assisting in the process of technology transfer in universities. Thus, the general objective of the research is to propose a methodology for technological valuation in universities, that it be adaptable to the different areas of knowledge of these institutions. In the methodology, there are two major phases: the first, to measure the qualitative aspects and the second, to measure the quantitative aspects of the technologies developed in universities. In order to measure the qualitative aspects relevant to the technological valuation, which are technological maturity, market potential and institutional approach, a method was developed using Fuzzy logic, because this method allows the use of the knowledge of a Nucleus of Technological Innovation (NTI), with great expertise and later dissemination to other NTIs, with less experience in technological valuation. The result of the qualitative analysis influences the choice of the quantitative valuation method, as well as allows the measurement of non-systematic risk, which is one of the most complex and challenging points in the valuation, which, in addition to the systematic risk, calculated according to Capital Asset Pricing Model (CAPM), results in the rate of return of the technology, directly impacting its valuation. For the quantitative aspects, the usual valuation methods are used and widely discussed in the existing literature, which are costs, market, discounted cash flow and theory of real options. Therefore, the greatest contribution of the research is the methodology developed, which allows to measure the rate of return that the technology has the potential to offer, based on the risks associated with the technology and the market in which it is inserted. It is added the possibility of NIT to carry out a previous analysis of the technology, with subsidies for the elaboration of a proposal with the most convenient commercialization strategy for the technology, as well as the form of more adequate remuneration. Moreover, the qualitative assessment can provide subsidies to NTIs when defining whether a technology should be protected and its protection strategy, it being this phase optimized with the development of a web system. As universidades são as principais responsáveis pela geração de conhecimento e, para que ocorra o avanço científico e tecnológico, é necessário que estas criem e aprimorem os procedimentos para transferir o conhecimento desenvolvido para a sociedade. Assim, origina-se a necessidade de valorar as tecnologias desenvolvidas por meio de um método específico capaz de auxiliar no processo de transferência de tecnologia nas universidades. Dessa forma, o objetivo geral da pesquisa é propor uma metodologia para valoração tecnológica em universidades, para que esta seja adaptável às diversas áreas do conhecimento dessas instituições. Na metodologia, existem duas grandes fases: a primeira, de mensuração dos aspectos qualitativos e a segunda, de mensuração dos aspectos quantitativos das tecnologias desenvolvidas em universidades. Para mensurar os aspectos qualitativos relevantes para a valoração tecnológica, que são maturidade tecnológica, potencial mercadológico e abordagem institucional, foi desenvolvido um método utilizando a lógica Fuzzy, pois esse método permite a utilização do conhecimento de um Núcleo de Inovação Tecnológica (NIT), com grande expertise e posterior disseminação a outros NITs, com menos experiência na valoração tecnológica. O resultado da análise qualitativa influencia a escolha do método quantitativo de valoração, bem como possibilita a mensuração do risco não sistemático, que é um dos pontos mais complexos e desafiantes na valoração, o qual, somando-se ao risco sistemático, calculado conforme Capital Asset Pricing Model (CAPM), resulta na taxa de retorno da tecnologia, impactando diretamente na sua valoração. Para os aspectos quantitativos, são utilizados os métodos de valoração usuais e amplamente abordados na literatura existente, os quais são custos, mercado, fluxo de caixa descontado e teoria das opções reais. Portanto, a maior contribuição da pesquisa é a metodologia desenvolvida, que permite mensurar a taxa de retorno que a tecnologia tem potencial de oferecer, com base nos riscos associados à tecnologia e ao mercado em que se insere. Acrescenta-se a possibilidade do NIT realizar uma análise prévia da tecnologia, com subsídios para a elaboração de uma proposta com a estratégia de comercialização mais conveniente para a tecnologia, bem como a forma de remuneração mais adequada. Além disso, a avaliação qualitativa pode fornecer subsídios aos NITs no momento de definir se uma tecnologia deve ser protegida e a sua estratégia de proteção, sendo essa fase otimizada com o desenvolvimento de um sistema web.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES This Master Thesis presents the analysis, design and implementation of a grid-connected module integrated converter, or, simply, microinverter, for photovoltaic applications. The system is composed of two stages: a isolated DC-DC converter and a DC-AC converter (inverter). This proposed micro inverter has a DC bus (DC link), decoupling both stages, allowing to make the project, design and implementation of both individually. The first stage is a zero voltage switching DC-DC full bridge, with phase-shift modulation, and the second stage is a DC-AC full bridge with unipolar pulse-width modulation. Briefly, the first stage provides high voltage gain, besides isolation between the photovoltaic module and the electrical grid, in order that inverter bus has enough voltage to perform grid connection. This connection is made by inverter with output inductive filter. In order to extract the maximum power of photovoltaic module, the maximum power point tracking (MPPT) is made indirectly, controlling inverter bus voltage. Thus, the DC-DC converter operates in open loop, so that system control is design and implementated only on second stage. So, in this way, this Master Thesis contributes developing a microinverter employing classical converter topologies, with high efficiency and simplicity of design and implementation, using just two control loops, in a way that external voltage loop should be able to perform MPPT, ensuring maximum power harvesting of photovoltaic module, and the internal current loop should be able to control active power flow to electrical grid by controlling the current. In order to accomplish MPPT properly, the ripple of 120 Hz in voltage and current of photovoltaic module, generated by pulsed single phase grid power, should have low amplitude. Besides that, in order to be in compliance with standards of grid connection, as total demand distortion and power factor, among others, the current controller project should take into account the inffluence of main harmonic components of grid voltage. Experimental results are presented to prove the micro inverter performance. Esta Dissertação de Mestrado apresenta a análise, o projeto e a implementação de um conversor módulo integrado isolado, ou, simplesmente, microinversor, para realizar a conexão de geração fotovoltaica à rede elétrica. O sistema é composto por dois estágios: um conversor CC-CC isolado e um conversor CC-CA (inversor). O microinversor empregado utiliza um barramento (link CC), desacoplando os dois estágios, permitindo que os conversores possam ser projetados e implementados separadamente. O primeiro estágio é um conversor CC-CC, em ponte completa, modulado por deslocamento de fase, com comutação sob zero de tensão (ZVS – Zero Voltage Switching) e o segundo estágio é um conversor CC-CA, também em ponte completa, utilizando a modulação por largura de pulso (PWM – Pulse-Width Modulation) unipolar. Basicamente, o primeiro estágio proporciona um elevado ganho de tensão, além do isolamento entre o módulo fotovoltaico e a rede elétrica, de modo que o barramento de entrada do inversor tenha tensão suficiente para que a conexão com a rede seja realizada. Essa conexão é feita através do inversor com filtro L de saída. Para extrair a máxima potência do módulo fotovoltaico, o rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT – Maximum Power Point Tracking) é realizado de maneira indireta, controlando o barramento de entrada do inversor. Dessa maneira, o conversor CC-CC opera em malha aberta, de modo que os controladores sejam projetados e implementados apenas no estágio CC-CA. Neste sentido, esta Dissertação de Mestrado contribui desenvolvendo um microinversor utilizando topologias clássicas de conversores, possuindo elevado rendimento, simplicidade de projeto e desenvolvimento, com apenas duas malhas de controle, de modo que a malha de tensão seja capaz de realizar o MPPT, garantindo a extração da máxima potência do módulo fotovoltaico, e a malha de corrente consiga regular o fluxo de potência injetada na rede elétrica, através do controle da corrente. Para que o MPPT seja realizado adequadamente, as ondulações de 120 Hz na tensão e corrente do módulo fotovoltaico, provenientes da potência pulsada da rede elétrica monofásica, devem ter amplitude bastante reduzida. Além disso, para que a corrente injetada na rede elétrica esteja adequada às normas vigentes, como limite de distorção harmônica e fator de potência, dentre outras, o projeto do controlador desta malha deve levar em conta a influência das principais componentes harmônicas presentes na tensão da rede elétrica. Resultados experimentais são apresentados para comprovar o desempenho do microinversor.

This work presents some conceptual and practical contributions about the use of series-regulated DC/DC converters in multi-string photovoltaic systems, which have been presented in the literature as capable of performing partial power processing. From a conceptual point of view, the requirements for distinguish which topologies are able or not to perform partial power processing are defined, and for that, it is developed a methodology to evaluate the active and nonactive power processing on the converter, which depend on its design parameters. By means of the analysis of various topologies of series regulators, it is concluded that the partial power processing is achieved by adjusting the duty cycle and the turns ratio of transformers (or coupled inductors). However, because of the voltage gain specifications, not all series regulators topologies cited in the literature are able of operating in the partial power processing region. It is observed that the series regulators based on buck-boost and flyback topologies do not allow to achieve partial energy processing, whereas the series regulators based on forward and full-bridge topologies may perform partial power processing in certain operation ranges. In addition, the application of series regulators in photovoltaic systems allows the use of the input voltage regulation range as an additional parameter to reduce the power processing in the converters. Thus, a methodology was developed to obtain a stochastic model of the voltage profile in which the energy is generated. The methodology employs the mathematical model of the photovoltaic module and historical data of temperature and irradiation, and demonstrates that for each project there is a voltage regulation range of the dc-dc stage that may result in performance improvements in terms of power density and efficiency. From the definition of the voltage regulation range, it has been demonstrated that the use of series regulators based on topologies with bidirectional power flow (acting as both voltage step-up and voltage step-down) allows to reduce the power processing in the converters even further. As an example, the full-bridge/push-pull topology was evaluated, some technical constraints are defined and some advantages and disadvantages of its application are presented. As a result, it is concluded that although voltage step-up/down topologies are more complex, their proper design may result in improvements in efficiency and power density. In order to validate the analyzes, seven 750 W prototypes were built, achieving efficiencies of up to 99.58 %, and power densities up to 4.76 W/cm3. Este trabalho apresenta contribuições conceituais e práticas acerca do emprego de reguladores série chaveados no estágio CC-CC de sistemas de geração fotovoltaica com arquitetura multistring, os quais têm sido apresentados na literatura como capazes de realizar processamento parcial de energia. Do ponto de vista conceitual, são definidos os requisitos para distinguir quais topologias são capazes ou não de realizar processamento parcial de energia, e, para isso, é desenvolvida uma metodologia de avaliação da energia ativa e não-ativa processada em função dos parâmetros de projeto dos conversores. Por meio da análise de diferentes topologias de reguladores série, conclui-se que o processamento parcial de energia é alcançado pelo ajuste da razão cíclica e da relação de espiras nos transformadores ou indutores acoplados. Contudo, em virtude das especificações de ganho de tensão, nem todas topologias de regulação série citadas na literatura são capazes de operar na região de processamento parcial de energia. Observase que os reguladores série baseados nas topologias buck-boost e flyback não permitem realizar processamento parcial de energia, enquanto que os reguladores série baseados nas topologias forward e full-bridge realizam processamento parcial de energia em determinadas faixas de operação. Além disso, a aplicação de reguladores série em sistemas fotovoltaicos permite utilizar a faixa de regulação de tensão de entrada como um grau de liberdade adicional para reduzir o processamento de energia nos conversores. Neste sentido, foi desenvolvida uma metodologia que utiliza o modelo do módulo fotovoltaico e dados históricos de temperatura e irradiação para obtenção de um modelo estocástico do perfil de tensão no qual a energia é gerada, demonstrando que para cada projeto existe uma faixa de regulação de tensão de entrada que permite aumentar o desempenho do estágio CC-CC em termos de densidade de potência e eficiência. A partir da definição da faixa de regulação de tensão, é demonstrado que o emprego de reguladores série baseados em topologias com fluxo bidirecional de energia (i.e. capazes de atuar como elevadoras e abaixadoras de tensão) permite reduzir ainda mais o processamento de energia nestas estruturas. Como exemplo, a topologia full-bridge/push-pull é avaliada, sendo definidas algumas restrições técnicas e apresentadas algumas vantagens e desvantagens de sua aplicação. Como resultado, conclui-se que apesar das topologias elevadoras/abaixadoras de tensão serem mais complexas, seu projeto adequado pode resultar em melhorias na eficiência e densidade de potência do sistema. Para validar os resultados das análises, foram construídos sete protótipos de 750 W, os quais alcançaram eficiências de até a 99,58% e densidades de potência de até 4,76 W/cm3.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This work presents a study and analysis of photovoltaic systems subject to partial shading, where the main consequence is the reduction of its energy production. To mitigate this problem, it is proposed a new photovoltaic architecture known as hybrid architecture. In this architecture, the system is separated into arrays that can be partially or completely shaded with other arrays that are not shaded. The partially shaded modules are connected in parallel to maximize its energy production, while unshaded ones are connected in series. A dc-dc converter is used with the array with the modules subject to partial shading for maximum power extraction of this array, to match the operating voltage of both arrays, and to ensure that during its operation, the unshaded array operates in maximum power point. Additionally, it is presented the small signal modeling of the dc-dc converter through the generalized modeling technique, with the inclusion of the dynamic of a photovoltaic array through an equivalent approximate model by a voltage source with a series resistance, and linearized for different curve points of the photovoltaic module. The proposed control system for this converter uses a controller based on the internal model principle, as the resonant one, whose objective is, besides eliminating the low frequency ripple at the input of photovoltaic module to reduce the losses of the maximum power point tracking algorithm, also reduce the dc-bus capacitance in dual-stage photovoltaic inverters. Shaded photovoltaic systems present higher complexity to predict its energy production. This is because there are different configurations to connect photovoltaic modules among each other, which results in different values of generated power. Consequently, a general methodology of energy production forecast that uses only the shaded area of the modules as a factor of analysis can be imprecise. Based on this, a new methodology for energy production forecast in partially shaded photovoltaic systems is presented. The proposed method consists in identifying the shaded modules in each time, to quantify the hourly irradiation incident on all modules, analyze the electrical configuration of the array and, from that, calculate the produced energy. At the end are presented simulation and experimental results that validate the use of hybrid architecture in photovoltaic systems that present partial shading conditions. Este trabalho apresenta um estudo e análise de sistemas fotovoltaicos que apresentam redução da produção de energia devido ao sombreamento parcial em módulos fotovoltaicos. Para mitigar este problema, é proposta uma nova arquitetura de sistemas fotovoltaicos denominada arquitetura híbrida. Nessa arquitetura, o sistema é separado em um arranjo de módulos que podem ser parcialmente ou totalmente sombreados e outro com módulos não-sombreados. Os módulos do arranjo passíveis de sombreamento são conectados em paralelo entre si para se maximizar sua produção de energia, enquanto que os módulos não-sombreados são arranjados em série. Um conversor CC-CC é empregado junto ao arranjo dos módulos passíveis de sombreamento para extração da máxima potência desse arranjo, para compatibilizar a tensão de operação dos dois arranjos, e para garantir que durante a operação conjunta, o arranjo que nunca é sombreado opere no ponto de máxima potência. Adicionalmente, obtém-se a modelagem de pequenos sinais do conversor CC-CC através da modelagem generalizada, com a inclusão da dinâmica de um arranjo fotovoltaico através de um modelo equivalente aproximado por uma fonte de tensão em série com uma resistência, e linearizado para diversos pontos da curva do painel. Como proposta de sistema de controle desse conversor, utiliza-se um controlador baseado no princípio do modelo interno, como o ressonante, cujo objetivo é, além de eliminar a ondulação em baixa frequência presente na entrada dos painéis para reduzir as perdas do algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência, também possibilitar a redução da capacitância do barramento CC de inversores de duplo estágio. Sistemas fotovoltaicos sombreados apresentam maior complexidade para se prever a produção de energia. Isso ocorre pois existem diversas configurações para se conectar os módulos fotovoltaicos entre si, cujo impacto resulta em diferentes valores da energia gerada. Por consequência, uma metodologia generalizada de previsão da produção de energia que utilize apenas a área sombreada dos módulos como fator de análise pode ser pouco precisa. Com base nisso, uma nova metodologia para previsão da produção de energia em sistemas fotovoltaicos parcialmente sombreados é apresentada. O método proposto consiste em identificar os módulos sombreados em cada hora, quantificar a irradiação horária incidente em todos os módulos, analisar a configuração elétrica do arranjo e, a partir disso, calcular a energia produzida. Por fim são apresentados resultados de simulação e experimentais que validam a utilização da arquitetura híbrida em sistemas fotovoltaicos que apresentam condições de sombreamento parcial.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This document aims to develop an automated test platform for grid-connected photovoltaic inverters. Therefore, it was conducted a study of European, North American and Brazilian standards related in order to compare the Brazilian standard with respect to the others. A comparison between them with respect to the operating limits is presented. Further, the restrictions are evaluated for each equipment used in the testing of PV inverters certification: CA emulator source emulator PV supply, power analyzer, oscilloscope and flickermeter. Finally, it was developed a software for automation of tests, which is applied for supporting the configuration sources processes, acquisition measures and test report generation. This software is evaluated by obtaining experimental tests, whose results are compared with equivalent obtained through non-automated tests, enabling the validation of the system. Esse trabalho tem como objetivo desenvolver uma bancada de ensaio automatizado para inversores fotovoltaicos conectados à rede elétrica. Para tanto, se realizou um estudo das normas europeias, norteamericanas e brasileiras relacionadas ao assunto com o propósito de comparar a norma brasileira com relação às demais. Uma comparação entre elas no que tange aos limites de operação é apresentado. Na sequência do trabalho são avaliadas as restrições impostas para cada equipamento utilizado no ensaio de certificação de inversores fotovoltaicos, a destacar: fonte emuladora CA, fonte emuladora FV, analisador de energia, osciloscópio e fliquerímetro. Por fim, é desenvolvido um software para automação dos ensaios que é aplicado para auxílio aos processos de configuração de fontes, aquisição de medidas e geração de relatório. Esse software é avaliado através da obtenção de ensaios experimentais, cujos resultados são comparados com equivalentes obtidos através de ensaios não-automatizados, possibilitando a validação do sistema proposto.