3D Software package for designing photovoltaic systems under partial shading conditions

• Grant number: 19/02123-9
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Technical Training Program - Technical Training
• Start date: April 01, 2019
• End date: November 30, 2019
• Field of knowledge: Engineering - Electrical Engineering
• Principal Investigator: Luís Carlos Lorenzo Acácio
• Grantee: Rogério Guerra Borin
• CNAE: Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais
• Associated research grant: 18/07631-0 - 3D Software package for designing photovoltaic systems under partial shading conditions, AP.PIPE

Abstract

A proposta deste projeto de pesquisa é o desenvolvimento de um programa 3D de dimensionamento fotovoltaicocientificamente embasado e bem adaptado às necessidades dos integradores brasileiros. Quando um integradorde sistemas fotovoltaicos aborda um potencial cliente, uma das primeiras tarefas a serem executadas é arealização do dimensionamento solar para atender às suas expectativas. Essa análise se baseia em diversosfatores, entre os principais podemos citar: 1. consumo de energia elétrica por parte do cliente; 2. custo daenergia elétrica para o cliente; 3. área disponível para a instalação; 4. localização e posicionamento da instalação;5. ambiente tridimensional ao redor da instalação e horizonte visível; 6. comportamento dos painéis fotovoltaicose inversores; 7. incidência solar na localidade. Nosso objetivo é fazer um software de dimensionamentofotovoltaico que aborde todos esses fatores, simplificando o trabalho dos integradores de sistemas. Tal tarefa nãoé mera implementação de software pois apesar de existirem alternativas no mercado, tratam-se todas de caixaspretascujo funcionamento é um mistério nunca revelado; conhecem-se os princípios mas não os detalhes. Estesdetalhes precisam sempre ser redescobertos por meio de pesquisas por aqueles que se aventuram na suaimplementação. Para uma noção das dificuldades envolvidas particularmente nos itens 4 a 7 acima citados,fazemos a seguir uma série de comentários (mais detalhes no projeto de pesquisa): => Os dados de irradiaçãosolar são fornecidos como médias diárias ao longo de um mês, incidentes sobre uma superfície horizontal semsombras e com o horizonte desobstruído; esta praticamente nunca é a situação real. => É preciso realizar umasérie de extrapolações nos dados mencionados acima para adequá-los às condições do cliente. => Para isso, épreciso reproduzir em computador o ambiente tridimensional das instalações do cliente e levantar as condições desombras incidentes sobre os painéis fotovoltaicos de hora em hora para todos os dias ao longo de um ano. =>Como qualquer lugar da Terra possui 4.380 horas de luz do Sol em um ano de 365 dias, esse é o númeroaproximado de simulações necessárias para que se estime a geração de energia fotovoltaica por parte do cliente.=> As extrapolações requerem que se decomponha a irradiação solar em suas componentes Direta, Difusa eRefletida ao longo do dia. => Existem diversos algoritmos na literatura técnica para a decomposição da irradiaçãosolar em suas componentes, é preciso listá-los por meio de uma revisão bibliográfica e posteriormente testá-los.=> A decomposição é baseada em métodos empíricos com base científica e podem oferecer diferentes resultadospara diferentes regiões, é preciso selecioná-los criteriosamente. => Vencida esta etapa, é preciso simular ofuncionamento dos painéis solares sob condições de sombras parciais. => Sob condições de sombras uniformes,os painéis reagem linearmente, mas sob condições de sombras parciais eles apresentam comportamentofortemente não-linear, dificultando enormemente a estimativa de geração energética. => Dada a complexidadedo comportamento dos painéis fotovoltaicos sob sombras parciais, a literatura técnica apresenta diversas soluçõespara a simulação; é preciso testá-las. => No caso do Brasil, os dados de irradiação solar mais confiáveis são osfornecidos pelo INPE - Instituto de Pesquisas Espaciais. => Pretendemos entender quais dados existentes masainda não publicados o INPE possui e como eles podem ser usados para melhorar a qualidade das estimativas degeração de energia fotovoltaica. => Já estabelecemos um contato inicial promissor com o INPE e sabemos queexistem dados horários não tratados que podem ser usados mas requerem análises e conversões. => É nossaintenção analisar esses dados do INPE e descobrir como integrá-los ao nosso produto elevando a estimativa degeração fotovoltaica no Brasil a um novo patamar de qualidade.