CAPACIDADE DE GERAÇÃO FOTOVOLTAICA PARA PROJETOS DE MICROGERAÇÃO NA FRONTEIRA OESTE

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(1)CAPACIDADE DE GERAÇÃO FOTOVOLTAICA PARA PROJETOS DE MICROGERAÇÃO NA FRONTEIRA OESTE. Felipe Carpes 1 Ana Paula Carboni De Mello 2. Resumo: Devido as variações de posição do Sol, para maximização da energia gerada pelo arranjo deve-se determinar uma ótima inclinação (tilt angle) e orientação/azimute (azimuth). Idealmente, deve-se manter o painel apontando diretamente para o Sol, sendo aplicada para estes casos rastreadores de dos eixos, porém, o custo e manutenção de sistemas rastreadores os tornam proibitivos para consumidores residenciais. Fatores limitantes como sombreamento, custo com ferragens e mão de obra, espaço disponível e poluição visual impelem a busca por soluções alternativas para posicionamento. Tendo em vista a redução de energia a ser entregue pelo arranjo, a quantificação desta é de fundamental importância para dimensionamento e avaliação do retorno econômico (quando for o caso) de um sistema fotovoltaico. Para determinação das Taxas de Geração para variadas inclinações e orientações, foi utilizado o software HOMER, com as entradas de 16 orientações compreendendo toda a Rosa dos Ventos, e 11 inclinações variando de 5º a 50º de 5 em 5º (além de um caso em 28º). Através da conversão dos dados climáticos de temperatura, irradiação global horizontal no plano inclinado e velocidade do vento a partir de base de dados da NASA, o software gera curvas de potência de geração horária. Foi considerado na simulação rendimento médio do sistema fotovoltaico operando no Ponto de Máxima Potência de 88 %. Os módulos fotovoltaicos consistem em 10 unidades do painel Canadian CS6U-325P de 325 W totalizando 3,25 kWp em STC. O local considerado para simulação consiste no centro do município de São Luiz Gonzaga de Latitude = -28º N e Longitude = -55º L. O ajuste ótimo para geração está em torno de 25º de inclinação e orientação Norte. Este ajuste é aconselhado em sistemas conectados à rede (on-grid), onde não há preocupação com a potência instantânea entregue pelo arranjo fotovoltaico, e sim sua energia anual entregue à rede. Apesar do sistema ter funcionamento ótimo nestas condições, em casos reais, não será possível atingi-la exatamente, porém, pode-se concluir que não há perda significativa de desempenho ao adotar-se orientações NO, NE ou mesmo S, tendo-se em vista a grande influência da inclinação. É possível observar que a variação da orientação permite privilegiar diferentes épocas do ano, sendo que em orientações mais ao Sul privilegiam meses de verão, e orientação mais ao Norte privilegiam meses de inverno em uma mesma inclinação. Estes resultados fazem sentido ao ser analisada a carta Solar, revelando concordância da modelagem utilizada com a prática. O presente trabalho apresentou as taxas de geração de energia de sistemas fotovoltaicos e uma forma de determinar a capacidade de geração de energia de instalações fotovoltaicas. Os resultados.

(2) demonstraram a grande dependência desta da inclinação e orientação de instalação, tendo estes efeitos combinados na capacidade de geração de energia fotovoltaica. Os valores encontrados auxiliam projetistas e pesquisadores interessados na área para que rapidamente tenham estimativas de custo e de projeto para suas aplicações específicas.. Palavras-chave: Taxa de Geração, Módulo Fotovoltaico, Geração Distribuída. Modalidade de Participação: Iniciação Científica. CAPACIDADE DE GERAÇÃO FOTOVOLTAICA PARA PROJETOS DE MICROGERAÇÃO NA FRONTEIRA OESTE 1 Aluno de graduação. lipe.carpes@gmail.com. Autor principal 2 Docente. anamello@unipampa.edu.br. Orientador. Anais do 9º SALÃO INTERNACIONAL DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO - SIEPE Universidade Federal do Pampa | Santana do Livramento, 21 a 23 de novembro de 2017.

(3) CAPACIDADE DE GERAÇÃO FOTOVOLTAICA PARA PROJETOS DE MICROGERAÇÃO NA FRONTEIRA OESTE 1. INTRODUÇÃO A crescente demanda energética mundial impele a expansão da matriz de geração elétrica. Combustíveis fósseis são a principal fonte de energia mundial, porém, suas reservas são limitadas e seu uso é associado a prejuízos ao meio ambiente. O uso de fontes renováveis de energia surge como uma alternativa de geração elétrica que pode atender a carga solicitada com baixo impacto ambiental tanto em sua construção quanto em sua operação (Manzano, 2013). A fonte de energia desta modalidade em grande expansão no país atualmente é a Solar Fotovoltaica, consistindo no setor que mais cresce no país (Greener, 2017). A geração distribuída está em rápida expansão no país, tornando indivíduos consumidores em geradores de energia. O grande crescimento do setor fotovoltaico é viabilizado pela instalação de uma fonte de energia limpa não poluente, com confiável retorno financeiro e capaz de atender a demandas energéticas vigentes (Rambo, 2015). A geração de energia dos painéis fotovoltaicos se dá através da conversão da radiação solar incidente em energia elétrica. Dado que a posição do Sol varia ao longo do ano, é necessário reconhecer e quantificar os impactos que seu movimento causa para evitar, principalmente, a ocorrência de sombreamentos (Pinho, 2015). É possível representar a posição do Sol através de dois ângulos: um horizontal (Azimute) e outro vertical (Elevação). O azimute representa a distância que o Sol se encontra do eixo Norte-Sul e a elevação o ângulo que o Sol apresenta em relação ao plano da Terra que o observador se encontra. A Fig. 1 ilustra o exposto (Pons, 2017):. Figura 1: Medição da posição do Sol. O documento que ilustra o deslocamento do Sol ao longo do ano é conhecido FRPR ³&DUWD 6RODU´ 6olar Chart), consistindo num sistema de coordenadas esféricas que permite representar, a cada hora, a posição do Sol no céu. O site.

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(5) Uma variável útil para dimensionamento dos sistemas fotovoltaicos é a Taxa de Geração em kWh/kWp (equação 1). Esta expressa a relação entre a energia produzida mensalmente pelo arranjo fotovoltaico à potência instalada dos painéis fotovoltaicos. 6T) :• Š • ’; L ' ¤2LR (1) A equação 1 estabelece que, para um dado consumo de energia, maior deve ser a potência fotovoltaica para manter constante a taxa de geração, ou em outras palavras, o tamanho do sistema fotovoltaico necessário é inversamente proporcional à Taxa de Geração, sendo desejável um elevado valor para esta. Tendo em vista a variabilidade da potência entregue pelos painéis em função das condições ambientais, é necessário padronizar-se a energia produzida pelos painéis. A potência nominal dos painéis fovotoltaicos em kWp (Kilowatt pico) é padronizada em condições padrões de teste (STC) com irradiância solar de 1000 W/m², temperatura de 25 ºC e massa de ar 1,5. Este dado pode ser encontrado no datasheet dos fabricantes de painéis solares. Considerando-se um ambiente comum de iguais condições ambientais a potência, e consequentemente energia, produzida pelo arranjo fotovoltaico depende da inclinação e orientação do arranjo fotovoltaico. Para determinação das Taxas de Geração para variadas inclinações e orientações, foi utilizado o software HOMER, com as entradas de 16 orientações compreendendo toda a Rosa dos Ventos, e 11 inclinações variando de 5º a 50º de 5 em 5º (além de um caso em 28º). Através da conversão dos dados climáticos de temperatura, irradiação global horizontal no plano inclinado e velocidade do vento a partir de base de dados da NASA, o software gera curvas de potência de geração horária. Foi considerado na simulação rendimento médio do sistema fotovoltaico operando no Ponto de Máxima Potência de 88 %. Os módulos fotovoltaicos considerados consistem em 10 unidades do painel Canadian CS6U-325P de 325 W totalizando 3,25 kWp em STC. Através da integração horária destas curvas (somatório hora a hora) encontra-se a Energia entregue pelo arranjo fotovoltaico. O local considerado para simulação consiste no centro do município de São Luiz Gonzaga de Latitude = -28º N e Longitude = -55º L. 3. RESULTADOS e DISCUSSÃO A seguir serão apresentados os resultados encontrados para a Taxa de Geração anual e gráficos da geração mensal para cada orientação em cada inclinação. A Fig. 4 demonstra que o ajuste ótimo para geração está em torno de 25º de inclinação e orientação Norte. Este ajuste é aconselhado em sistemas conectados à rede (on-grid), onde não há preocupação com a potência instantânea entregue pelo arranjo fotovoltaico, e sim sua energia anual entregue à rede..

(6) Fig. 3: Taxas de Geração anuais. Apesar do sistema ter funcionamento ótimo nestas condições, em casos reais, não será possível atingi-la exatamente, porém, analisando-se a Fig. 3, podese concluir que não há perda significativa de desempenho ao adotar-se orientações NO, NE ou mesmo S, tendo-se em vista a grande influência da inclinação. A Fig. 4 detalha mais o sistema, explicitando as taxas de geração para cada mês do ano em uma inclinação fixa de 45º (inclinação recomendada para sistemas off-grid). É possível observar que a variação da orientação permite privilegiar diferentes épocas do ano, sendo que em orientações mais ao Sul privilegiam meses de verão, e orientação mais ao Norte privilegiam meses de inverno em uma mesma inclinação. Estes resultados fazem sentido ao ser analisada a carta Solar na Fig. 2, revelando concordância da modelagem utilizada com a prática.. Outras conclusões possíveis analisando o restante dos dados: x Orientação: A variação da orientação prioriza determinado período do dia quanto menor a orientação prioriza-se as últimas horas, quanto maior a orientação prioriza-se as primeiras horas; x Inclinação: Quanto menor a inclinação mais semelhantes são as curvas para diferentes orientações, quanto maior a inclinação maior a.

(7) x. distância entre as curvas e seus picos diários para diferentes orientações; Quanto mais ao Leste mais cedo os painéis começar a gerar, quanto mais ao Leste/Sul mais cedo os painéis começam a gerar no verão, quanto mais ao Leste/Norte mais cedo os painéis começam a gerar no inverno, quanto mais ao Oeste mais tarde os painéis terminam de gerar, quanto mais ao Oeste/Sul mais tarde os painéis terminam de gerar no verão, quanto mais ao Oeste/Norte mais tarde os painéis terminam de gerar no inverno.. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS O presente trabalho apresentou as taxas de geração de energia de sistemas fotovoltaicos e uma forma de determinar a capacidade de geração de energia de instalações fotovoltaicas. Os resultados demonstraram a grande dependência desta da inclinação e orientação de instalação, tendo estes efeitos combinados na capacidade de geração de energia fotovoltaica. Os valores encontrados auxiliam projetistas e pesquisadores interessados na área para que rapidamente tenham estimativas de custo e de projeto para suas aplicações específicas. 5. REFERÊNCIAS Greener Tecnologias Sustentáveis. Abril/2017. Setor de Energia Solar é o que mais cresce no Brasil [acesso em 27 set 2017]. Disponível em: http://www.greener.com.br/setor-de-energia-solar-e-o-que-mais-cresce-no-brasil/. MANZANO-AGUGLIARO, F. et al. Scientific production of renewable energies worldwide: An overview. Elsevier, n. 18, p. 134±143, Out 2013. PINHO, J. T.; GLADINO, M. A. Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos. 1. ed. Rio de Janeiro, BR: Rio de Janeiro, 2015. RAMBO, C. E. B. Estudo e Desenvolvimento de um Método de MPPT para Sistemas PV, baseado na técnica P&O Aplicado a um Microinversor do tipo Flyback. Tese (Doutorado) ² Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, 2015. Understanding Azimuth and Elevation. Rafael Pons. [acesso em 28 set 2017]. Disponível em: http://www.photopills.com/articles/understanding-azimuth-andelevation..

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