ISEL - Engenharia Electrotécnica
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Percorrer ISEL - Engenharia Electrotécnica por Domínios Científicos e Tecnológicos (FOS) "Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática"
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- Artificial vision in renewable photovoltaic systems: a review and vision of specific applications and technologiesPublication . Amaral, Tito G.; Cordeiro, Armando; Fernao Pires, VitorRenewable energy resources have become extremely important in the current context of air pollution and the production of significant amounts of greenhouse gas emissions that contribute to global warming. One of the most important renewable energy sources that has shown the highest growth in recent years is photovoltaic (PV) systems. Due to their significance, this research presents a review of the applications in which artificial computer vision can be used in photovoltaic systems. From the results presented in this review, it will be evident that artificial vision can be applied for several different purposes. The advantages of using this technique will also be highlighted. Additionally, a systematic literature review is presented on the research associated with this topic. Through this review, it will be evident that many advanced algorithms related to image acquisition equipment have been proposed to ensure high reliability and fast results. This review does not merely focus on a specific topic or algorithms associated with image processing applied to photovoltaic systems. Rather, this work presents a broad and comprehensive review detailing all viable applications and associated computer vision technologies that can be deployed within these systems. Besides that, the review will clearly specify which work one is based on public datasets. To allow future reproducibility or research, the links to all public datasets utilized in the works based on them are included.
- Avaliação energética e económica de sistemas híbridos renováveis em habitações residenciais com Integração de flexibilidade de consumoPublication . Moreira, Ruan Lopes; Camus, Cristina Inês; Sousa, Jorge Alberto Mendes deA transição energética global exige soluções inovadoras para reduzir a dependência de combustíveis fósseis e promover a integração de energias renováveis no setor residencial, alinhando-se diretamente com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), em particular o ODS 7 – Energia Acessível e Limpa, o ODS 11 – Cidades e Comunidades Sustentáveis, o ODS 12 – Produção e Consumo Sustentáveis e o ODS 13 – Ação Climática. Neste contexto, o presente trabalho apresenta um estudo detalhado da implementação de sistemas híbridos de produção de energia, combinando tecnologias solar fotovoltaica, eólica de pequena escala e armazenamento em baterias, aplicados a uma habitação unifamiliar em Portugal. Para além da avaliação técnica, foram consideradas estratégias de flexibilidade de consumo, nomeadamente o carregamento de veículos elétricos e a utilização de sistemas de rega, com vista a maximizar o autoconsumo, a autossuficiência e a eficiência no uso de recursos. A metodologia incluiu a recolha e tratamento de dados reais, a modelação da produção renovável através de ferramentas como o PVGIS e uma análise económica baseada em indicadores como o LCOE, VAL, TIR e PRI. Os resultados demonstram que o sistema fotovoltaico isolado apresenta a maior atratividade económica, enquanto a integração da eólica e das baterias aumenta a resiliência energética, ainda que com custos superiores. A flexibilidade de consumo revelou benefícios marginais ao nível individual, mas com elevado potencial quando considerada em contexto agregado, como em comunidades energéticas. Conclui-se que a solução fotovoltaica representa a opção mais competitiva no cenário residencial português, sendo o armazenamento e a flexibilidade elementos complementares que reforçam a sustentabilidade energética e a contribuição para os ODS, sobretudo numa perspetiva futura de redes inteligentes e comunidades energéticas.
- Conversor DC-AC de 100W de onda sinusoidal com aquisição e processamento de sinalPublication . Marques, João Paulo Pereira; Redondo, Luís Manuel dos Santos; Canacsinh, HirenEste trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de conversão DC-AC com dois estágios, concebido para transformar uma tensão contínua de baixa tensão, proveniente de uma bateria, numa tensão alternada sinusoidal de 230 V eficaz, a 50 Hz. O primeiro estágio consiste num conversor de tipo flyback com realimentação e regulação, responsável pela elevação da tensão até 330 V DC. Diversas estratégias de controlo e topologias foram analisadas para maximizar a estabilidade e a eficiência do sistema, incluindo a implementação de um snubber regenerativo com deteção de falhas e resposta automática. O segundo estágio converte a tensão contínua elevada numa forma de onda sinusoidal utilizando uma ponte de transístores com modulação por largura de impulso (PWM), complementada por um filtro passa-baixo que assegura a forma da onda sinusoidal na saída. O sistema integra ainda medição de corrente e tensão, com envio dos dados via Bluetooth para uma aplicação em Windows, que realiza a Transformada Discreta de Fourier (DFT) e permite a visualização e análise espectral da saída. Através dos ensaios realizados com diferentes tipos de carga, foi possível avaliar o comportamento harmónico do sistema e validar a eficácia da conversão. Os resultados demonstram a viabilidade da abordagem adotada e a sua aplicabilidade em contextos onde se exige uma alimentação alternada estável a partir de fontes contínuas de baixa tensão.
- Decarbonizing hard-to-abate sectors with renewable hydrogen: a real case application to the ceramics industryPublication . Sousa, Jorge A. M.; Azevedo, Inês; Camus, Cristina Inês; Mendes, Luís; Viveiros, Carla; Barata, FilipeHydrogen produced from renewable energy sources is a valuable energy carrier for linking growing renewable electricity generation with the hard-to-abate sectors, such as cement, steel, glass, chemical, and ceramics industries. In this context, this paper presents a new model of hydrogen production based on solar photovoltaics and wind energy with application to a real-world ceramics factory. For this task, a novel multipurpose profit-maximizing model is implemented using GAMS. The developed model explores hydrogen production with multiple value streams that enable technical and economical informed decisions under specific scenarios. Our results show that it is profitable to sell the hydrogen produced to the gas grid rather than using it for self-consumption for low-gas-price scenarios. On the other hand, when the price of gas is significantly high, it is more profitable to use as much hydrogen as possible for self-consumption to supply the factory and reduce the internal use of natural gas. The role of electricity self-consumption has proven to be key for the project's profitability as, without this revenue stream, the project would not be profitable in any analysed scenario.
- Dimensionamento de uma estação de carregamento de veículos elétricos com apoio de sistema fotovoltaico e armazenamento em bateriasPublication . Ferreira, Lucas Daboit; Barata, Filipe André De Sousa Figueira; Elvas, Luís Miguel SilveiroA transição energética e a redução das emissões de gases com efeito de estufa (GEE) no setor dos transportes, principalmente nos transportes rodoviários, exigem soluções inovadoras para o abastecimento de veículos elétricos (VE). O transporte rodoviário continua a representar uma elevada parcela das emissões, contudo a União Europeia estabeleceu metas ambiciosas de neutralidade carbónica até 2050. Neste contexto, a integração de sistemas de carregamento de VE, com produção local de energia renovável e armazenamento de energia, assume um papel crucial para reduzir a dependência da rede elétrica, mitigar sobrecargas e promover uma mobilidade sustentável. A presente dissertação propõe o desenvolvimento e análise técnico-económica de uma infraestrutura de carregamento de VE integrada com sistema fotovoltaica e sistema de armazenamento de energia em baterias, estando conectado à rede de distribuição de energia elétrica. O caso de estudo considera a instalação de uma estrutura carport no parque de estacionamento do estabelecimento comercial da Decathlon em Almada, equipado com 120 módulos fotovoltaicos de 640Wp cada, totalizando 76,8kWp. O sistema de carregamento será composto por quatro postos de carregamento de VE trifásicos de 22kW cada, com um sistema de balanceamento de carga ativo integrado, que limita a uma potência máxima consumida em 44kW, e um sistema de armazenamento de energia elétrica com uma capacidade de 193,5kWh. Para além do dimensionamento do sistema fotovoltaico, sistema de carregamento e sistema de armazenamento, são também detalhados os componentes da instalação, incluindo cablagem, proteções elétricas e quadros elétricos. Por fim é apresentada uma a análise técnico-económica considerando um investimento inicial, com base num orçamento detalhado, uma produção de energia anual e um consumo anual estimado, por parte do sistema de carregamento, avaliando a viabilidade financeira do projeto através do retorno do investimento (ROI).
- ESS design and management considering solar PV to fed off-grid EV chargerPublication . Santos, Diogo; Fonte, Pedro M; Pereira, Rita Marcos Fontes Murta; Barata, Filipe; Almeida, Paulo; Cordeiro, Armando; Luís, Ricardo Jorge Ferreira; Fernao Pires, VitorThe increase of electric vehicles creates several challenges to the electric grid, mainly in those with weak power or off-grid. DC microgrids are becoming more and more important in the context of renewable energy sources, where solar PV systems are dominant. In this paper is proposed the design of a DC system to charge electric vehicles using PV generation and a battery storage system. A single DC-DC converter is used to operate the solar PV array with maximum power point tracking method and controls power flow from PV to storage battery and to the EV, operating as DC EV charger. The operation under various loading conditions is discussed. The performance of the proposed solution was simulated using MATLAB/Simulink software.
- Estudo comparativo de centrais fotovoltaicas com módulos bifaciais em estrutura fixa e estrutura tracker (E-O)Publication . Fernandes, Rodrigo Roque; Camus, Cristina InêsO presente estudo realiza uma análise comparativa de duas centrais fotovoltaicas localizadas na região de Grândola, ambas equipadas com módulos bifaciais Longi de 550 W, mas com diferentes configurações estruturais, uma com estrutura fixa (7,24 MWp, 13.160 módulos) e outra com trackers Este-Oeste (4,8 MWp, 8.736 módulos). A metodologia integra a simulação do desempenho energético através do software PVSyst, fazendo a caracterização técnica dos módulos e inversores, definição de strings, orientação e tipo de estrutura, bem como modelação das perdas do sistema (térmicas, óhmicas, LID, sujidade e degradação). A análise incluiu indicadores de performance como a produção anual estimada, Performance Ratio (PR), LCOE, Valor Atual Líquido (VAL) e Taxa Interna de Rentabilidade (TIR). Os resultados evidenciam que a produção real da central fixa foi de 6.811 MWh/ano, enquanto a central com tracker registou 5.064 MWh/ano, valores abaixo das estimativas de simulação. No entanto, a produtividade específica favoreceu o tracker (1.266 MWh/MW face a 1.135 MWh/MW da estrutura fixa), confirmando maior eficiência por unidade de potência instalada. Também ao nível económico o tracker demonstrou vantagem, com um LCOE real de 52,14 €/MWh, inferior ao da estrutura fixa (54,05 €/MWh). Verificou-se que o projeto com estrutura tracker obteve um VAL de -62.694 €, ao passo que a instalação com estrutura fixa apresentou um VAL de -294.516 €. No que respeita à TIR, o sistema com trackers alcançou um valor superior (3,8% face a 3,5%), o que reforça a sua maior atratividade económica relativa. Conclui-se, assim, que os trackers proporcionam maior eficiência energética e competitividade económica por MW instalado, representando a solução mais vantajosa para projetos futuros. Recomenda-se, ainda, que investigações subsequentes explorem a integração de sistemas de armazenamento e a hibridização com parques eólicos, de forma a otimizar a produção, reduzir a variabilidade e potenciar a rentabilidade ao longo da vida útil das centrais.
- FFC-NMR power supply with hybrid controlo of the semiconductor devicesPublication . Roque, Antonio; Sousa, Duarte M.; Oliveira Sebastião, Pedro José; Vaz da Silva, Vitor; Margato, ElmanoThe performance of FFC-NMR power supplies is evaluated not only considering the technique requirements but also comparing efficiencies and power consumption. Since the characteristics of FFC-NMR power supplies depend on the power circuit topology and on the control solutions, the control design is a core aspect for the development of new FFC systems. A new hybrid solution is described that allows controlling the power of semiconductors by switches (ON/OFF mode) or as a linear device. The approach avoids over-design of the power supply and makes it possible to implement new low power solutions constituting a novel design by joining a continuous match between the ON/OFF mode and the linear control of the power semiconductor devices.
- High frequency transformers for solid-state transformer applicationsPublication . Santos, Nuno; Chaves, Miguel; Gamboa, Paulo; Cordeiro, Armando; Santos, Nelson; Pinto, Sónia FerreiraThis paper focuses on the study of the high frequency transformer incorporated in solid- state transformers, specifically on the development of the steps that enable the design of an optimized high frequency transformer and its equivalent model based on the desired characteristics. The impact of operating a transformer at high frequency and the respective solutions that allow this impact to be reduced are analyzed, alongside the numerous advantages that the utilization of these transformers has over traditional 50/60 Hz transformers. Furthermore, the power scheme of the solid-state transformer is outlined, focusing on the power converters, which are immediately before and after the high frequency transformer (HFT). We also investigate a control technique that allows for correct operation and the existence of power bidirectionality. In a novel approach, this paper demonstrates the systematic steps for designing an HFT according to the desired specifications of each given project, helping students and engineers achieve their objectives in power-electronic applications. Moreover, this paper aims at increasing the knowledge of this area of power electronics and facilitating the development of new topologies with high power density, which are very important to the integration of renewable power sources and other applications. Finally, a simulation is presented to validate a high frequency transformer and its control technique.
- Impact of the new electricity remuneration scheme on the waste-to-energy recovery activity in PortugalPublication . Silva, Mário; Lagarto, João; Sousa, Jorge A. M.; Santos, Feliz; Viveiros, Carla; Barata, FilipeThe remuneration scheme for the electricity produced by Waste-to-Energy (WtE) recovery plants has changed recently in Portugal according to 2020 legislation. The new model, linking the electricity remuneration from WtE plants to the spot electricity prices, is expected to bring greater uncertainty in the waste activity, which is a novelty for the sector. In Portugal, Valorsul is the municipal waste treatment entity responsible for the recovery and treatment of municipal solid waste (MSW) produced in 19 municipalities in the Lisbon area. This paper highlights the impact of the new Portuguese electricity remuneration scheme for electricity from waste on Valorsul’s WtE plant. For this purpose, the new remuneration scheme is modeled and simulated based on electricity spot market price scenarios, which are compared with the base case scenario of the former remuneration scheme. Considering different electricity prices for the electricity produced by the WtE plant, the present study anticipates the consequences of the gate-fee of such regulatory changes. Results show that any price changes in the electricity remuneration scheme are offset by equivalent changes in the waste gate-fee. Consequently, the change in the remuneration of the electricity from the WtE plant is, in fact, neutral for the Valorsul accounts and lower revenues from the electricity generation activity of the WtE will negatively impact the gate-fee prices paid by the waste users.
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