Marcelo Pinho Almeida

Solar resource databases used for estimating the plane-of-array irradiance for small- and medium-scale distributed photovoltaic (PV) systems are typically selected exclusively based on global horizontal irradiance bias. Since the databases are usually derived from satellite-based products and complemented by reanalysis models, this criterion is not always adequate because the biases associated with direct normal irradiance and diffuse horizontal irradiance may be amplified by the transposition model. This study investigates the bias effect through an analytical approach based on an isotropic transposition model and proposes practical guidelines for selecting databases to minimize errors when estimating the plane-of-array irradiance. The analytical approach, which was validated through numerical simulations parameterized with anisotropic models, demonstrates that the plane-of-array estimation errors depend primarily on latitude, the PV modules’ tilt and azimuth, as well as on the time of the year. The results of a case study conducted to validate the theoretical analysis under real-world conditions show that the method consistently selects the database with the lowest plane-of-array irradiation error.

A procura global por alimentos para consumo humano e animal, biocombustíveis e geração de eletricidadeimpulsiona competição entre os diversos usos dos solos, fazendo-se necessária a consideração de abordagens inovadorascomo o agrovoltaico. Entretanto, este tema ainda carece de pesquisa para identificação e mitigação dos riscos associadosà inovação, os quais podem criar obstáculos para seus potencias benefícios. Este trabalho apresenta e discute questõesassociadas ao desenvolvimento de experimentos de pesquisa em sistemas agrovoltaicos a céu aberto inter-espaçados,notadamente, as variáveis de entrada de interesse, a distribuição de luz e perdas associadas ao gerador fotovoltaico.Além disso, também é apresentado o arranjo experimental que será implementado no projeto de pesquisa Agrovoltaico:combinando produção de energia elétrica com produção de alimentos e adaptação às mudanças climáticas -AgriPV_Brazil. Espera-se que o desenvolvimento de experimentos de pesquisa possa alavancar os benefícios advindosde sistemas agrovoltaicos.Palavras-chave: Agrovoltaico, Fotovoltaico, Uso híbrido da terra

Transmission flexibility is a key component of current power systems and demands a reconfiguration of alternatives to expand transmission infrastructure. This paper addresses the use of a Battery Energy Storage System (BESS) as an asset of the transmission system that provides increased transmission capacity. Furthermore, the BESS also supports operational procedures of the transmission system in the course of the re-establishment of normal operation during transients, which helps maintain the power quality requirements. A case study is presented to assess the additional capabilities that an operational 30 MW/60 MWh BESS primarily used to provide congestion relief in the state of São Paulo, Brazil, could provide to the power system. Based on a 5-year horizon transmission and generation expansion plans by local governing bodies, a set of four alternative applications for this BESS was proposed and studied, as follows: (1) increased operational flexibility under contingencies and maintenance, (2) islanded operation for increased reliability, (3) grid support during system restoration, and (4) increased hosting capacity for variable renewables. The results show that the BESS improves performance and power quality indexes while aiding the operation during contingencies.

Many remote, isolated communities rely on diesel generators to meet their electrical demands because connecting to conventional electrical grids is either too expensive or technically impractical. In such situations, microgrids made up of diesel gensets and renewable energy sources are most appropriate. However, when diesel generators operate with reduced operating reserve margins, these isolated systems do not have sufficient capacity to withstand large electrical transients, which can lead to instability. As a result, a more detailed evaluation of acceptable levels of renewable energy penetration is required. Hence, the focus of this work is to develop a high-fidelity model for small three-phase diesel generators (SDG), incorporating adaptations to the traditional IEEE Exciter and the Woodward Diesel Engine-Governor Model, with the goal of enhancing the accuracy of dynamic frequency and voltage responses. The effectiveness of the proposed SDG model is validated using field test data of a three-phase genset of 40 kVA–220 V that is part of an operational microgrid. The results show that the accuracy of the proposed model is satisfactory, presenting Normalized Mean Squared Error (NMSE) values around 16% and 10% for speed and voltage responses, respectively.

The global demand for food for both human and animal consumption, biofuels and electricity generation drives competition between different land uses, making it necessary to consider innovative approaches such as agrovoltaics. However, this topic still lacks research to identify and mitigate the risks associated with innovation, which can create obstacles to its potential benefits. This work presents and discusses issues associated with the development of research experiments in inter-spaced open-air agrovoltaic systems, notably, the input variables of interest, the distribution of light and losses associated with the photovoltaic generator. Furthermore, the experimental arrangement that will be implemented in the research project Agrovoltaico: combinando produção de energia elétrica com produção de alimentos e adaptação às mudanças climáticas - AgriPV_Brazil. It is expected that the development of research experiments can leverage the benefits arising from agrovoltaic systems. A procura global por alimentos para consumo humano e animal, biocombustíveis e geração de eletricidade impulsiona competição entre os diversos usos dos solos, fazendo-se necessária a consideração de abordagens inovadoras como o agrovoltaico. Entretanto, este tema ainda carece de pesquisa para identificação e mitigação dos riscos associados à inovação, os quais podem criar obstáculos para seus potencias benefícios. Este trabalho apresenta e discute questões associadas ao desenvolvimento de experimentos de pesquisa em sistemas agrovoltaicos a céu aberto inter-espaçados, notadamente, as variáveis de entrada de interesse, a distribuição de luz e perdas associadas ao gerador fotovoltaico. Além disso, também é apresentado o arranjo experimental que será implementado no projeto de pesquisa Agrovoltaico: combinando produção de energia elétrica com produção de alimentos e adaptação às mudanças climáticas - AgriPV_Brazil. Espera-se que o desenvolvimento de experimentos de pesquisa possa alavancar os benefícios advindos de sistemas agrovoltaicos.

This paper presents a computational tool based on a genetic algorithm and artificial neural network for optimizing the operation of isolated diesel-photovoltaic-battery hybrid power systems using day-ahead power forecasts obtained with quantile random forests. The optimization tool was conceived to be flexible, i.e., it can be used to operate isolated power systems with multiple configurations of diesel generator sets (DGS), to work with a reduced number of input data, and to be as simple as possible to be used. The optimization relies on combining valley-filling and peak-shaving strategies using battery energy storage systems while considering the combined forecast of demand and photovoltaic (PV) generation. The tool also simulates the behavior of the DGS to define the optimum arrangement of diesel generators considering the variability of both demand and PV generation. The output consists of hourly values of energy storage power dispatch, DGS arrangement, and, if necessary, load shedding and/or PV curtailment. The algorithm that implements the optimization tool, which is currently in the phase of field-test in the isolated diesel-photovoltaic-battery hybrid power system of Fernando de Noronha, Brazil, demonstrated a good performance in computer simulations validated with real measured data.

Este trabalho apresenta a supervisão da operação de geradores fotovoltaicos instalados no Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo e que apresentaram sinais de degradação logo nos primeiros anos de funcionamento dos sistemas. A perda de desempenho dos sistemas foi detectada através de procedimentos de operação e manutenção que incluíram análise de dados do sistema supervisório e aferições em campo. O trabalho mostra os procedimentos utilizados na investigação e os resultados das análises. Foram detectados dois mecanismos de degradação: em menor escala a Degradação Induzida pelo Potencial (PID), e em maior escala a deterioração precoce das células FV. Os módulos FV analisados apresentaram indicativos de degradação ativada por entrada de umidade na parte ativa das células FV e que são comuns em módulos que passaram por ensaios de calor úmido ou que estão instalados em campo por um longo período.

Anteriormente, apenas consumidores de alta e média tensão tinham a opção pela tarifa horária. Hoje, a tarifa branca surge como uma alternativa e um desafio para os consumidores de baixa tensão, possibilitando a redução do consumo de energia ao mesmo tempo em que exige um gerenciamento ativo da demanda, fora do horário de ponta. Além disso, há vantagens também para as concessionárias, descongestionando o sistema no horário de maior carga, e reduzindo ou postergando investimentos de longo e médio prazo no setor elétrico. Visto que há esta nova oportunidade de redução na conta de energia, o presente estudo visa investigar se seria vantajosa, a utilização de baterias por um microgerador fotovoltaico conectado à rede, residente na cidade de São Paulo, caso o mesmo aderisse à tarifa branca, assumindo que o consumo da energia armazenada ocorra no horário de pico, ou seja, quando o preço do kWh é mais oneroso.