Pacote computacional 3D de dimensionamento fotovoltaico na presença de sombras parciais

• Processo: 19/02244-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Vigência (Início): 01 de março de 2019
• Vigência (Término): 31 de outubro de 2019
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica
• Pesquisador responsável: Luís Carlos Lorenzo Acácio
• Beneficiário: Thaiane Gambarra Soares
• CNAE: Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais
• Vinculado ao auxílio: 18/07631-0 - Pacote computacional 3D de dimensionamento fotovoltaico na presença de sombras parciais, AP.PIPE
• Assunto(s): Energia renovável Energia solar Distribuição de energia elétrica Custos e análise de custo Sistemas fotovoltaicos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Ambiente tridimensional | energia renovável | Energia Solar | Geração Distribuída de Energia | Sistemas fotovoltaicos | Sistemas Fotovoltaicos

Resumo

A proposta deste projeto de pesquisa é o desenvolvimento de um programa 3D de dimensionamento fotovoltaico cientificamente embasado e bem adaptado às necessidades dos integradores brasileiros. Quando um integrador de sistemas fotovoltaicos aborda um potencial cliente, uma das primeiras tarefas a serem executadas é a realização do dimensionamento solar para atender às suas expectativas. Essa análise se baseia em diversos fatores, entre os principais podemos citar: 1. consumo de energia elétrica por parte do cliente; 2. custo da energia 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 fotovoltaicos e inversores; 7. incidência solar na localidade. Nosso objetivo é fazer um software de dimensionamento fotovoltaico que aborde todos esses fatores, simplificando o trabalho dos integradores de sistemas. Tal tarefa não é mera implementação de software pois apesar de existirem alternativas no mercado, tratam-se todas de caixas pretas cujo funcionamento é um mistério nunca revelado; conhecem-se os princípios mas não os detalhes. Estes detalhes precisam sempre ser redescobertos por meio de pesquisas por aqueles que se aventuram na sua implementação. 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 irradiação solar são fornecidos como médias diárias ao longo de um mês, incidentes sobre uma superfície horizontal sem sombras e com o horizonte desobstruído; esta praticamente nunca é a situação real. => É preciso realizar uma série de extrapolações nos dados mencionados acima para adequá-los às condições do cliente. => Para isso, é preciso reproduzir em computador o ambiente tridimensional das instalações do cliente e levantar as condições de sombras 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 número aproximado 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 e Refletida ao longo do dia. => Existem diversos algoritmos na literatura técnica para a decomposição da irradiação solar 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 resultados para diferentes regiões, é preciso selecioná-los criteriosamente. => Vencida esta etapa, é preciso simular o funcionamento 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 comportamento fortemente não-linear, dificultando enormemente a estimativa de geração energética. => Dada a complexidade do comportamento dos painéis fotovoltaicos sob sombras parciais, a literatura técnica apresenta diversas soluções para a simulação; é preciso testá-las. => No caso do Brasil, os dados de irradiação solar mais confiáveis são os fornecidos pelo INPE - Instituto de Pesquisas Espaciais. => Pretendemos entender quais dados existentes mas ainda não publicados o INPE possui e como eles podem ser usados para melhorar a qualidade das estimativas de geração de energia fotovoltaica. => Já estabelecemos um contato inicial promissor com o INPE e sabemos que existem dados horários não tratados que podem ser usados mas requerem análises e conversões. => É nossa intenção analisar esses dados do INPE e descobrir como integrá-los ao nosso produto elevando a estimativa de geração fotovoltaica no Brasil a um novo patamar de qualidade.