A influência do banco de dados solarimétricos e do simulador fotovoltaico no dimensionamento e na economia de combustível em usinas fotovoltaico-diesel

Abstract

O correto dimensionamento de usinas solares fotovoltaicas depende principalmente da qualidade do banco de dados de irradiação solar e do pacote de simulação fotovoltaica. Esta tese avalia os efeitos da adoção de cinco diferentes bancos de dados solarimétricos no dimensionamento de geradores híbridos de energia solar fotovoltaico-diesel projetados para fornecer eletricidade a minirredes isoladas, usando dois dos mais populares pacotes de simulação fotovoltaica disponíveis comercialmente (PVsyst® e HOMER Energy®). São comparadas as diferentes origens, período de tempo, resolução de espaço e tempo dos cinco bancos de dados de irradiação solar mais relevantes e disponíveis para a Região Amazônica brasileira (INPE2006, INPE2017, METEONORM7.2, NASA-SSE e SOLARGIS). Um estudo de caso é apresentado para ilustrar as influências dos bancos de dados de irradiação solar e das ferramentas de simulação do gerador fotovoltaico resultante no comportamento horário do fornecimento de energia a uma carga existente em uma minirrede na Amazônia brasileira (Buritis-RO), juntamente com a economia de diesel obtida com os geradores fotovoltaicos resultantes. Os comportamentos da curva de carga e da usina termelétrica que abastece a minirrede foram modelados no HOMER Energy® juntamente com dados de geração de um sistema fotovoltaico básico (99kWp) resultante das dez combinações entre banco de dados de irradiação solar e ferramenta de dimensionamento fotovoltaico, sendo cinco do próprio HOMER Energy® e cinco de dados importados das simulações realizadas no PVsyst®. Obteve-se uma variação de 20,6% na geração anual total de energia. Essas diferenças, levando em consideração o comportamento da curva de carga e a capacidade instalada total de geração diesel no local, aumentaram em mais de 100% (1,782 MWp a 3,663 MWp) o tamanho ideal do gerador fotovoltaico (múltiplos do sistema fotovoltaico base) do estudo de caso. A economia total de diesel, durante um período de 15 anos, variou de R$ 9.454.657,00 a R$ 71.240.915,00 (> 7,5 vezes) para o menor sistema fotovoltaico de 1,782 MWp. Essas avaliações podem ser estendidas para minirredes de qualquer tamanho em outros lugares e demonstram a influência do banco de dados de radiação solar e do pacote de simuladores fotovoltaicos no dimensionamento de geradores fotovoltaico-diesel. O estudo revelou também que apesar das diferenças entre os algoritmos dos dois pacotes de simulação utilizados, a variação entre os resultados proporcionados foi mínima. A novidade e originalidade deste estudo é demonstrar e quantificar pela primeira vez a influência do banco de dados de radiação solar e do pacote de simuladores fotovoltaicos no dimensionamento de geradores híbridos diesel/fotovoltaico. As consequências deste estudo não são apenas de importância científica e acadêmica, mas também de interesse econômico e comercial.

Abstract: The correct sizing of solar photovoltaic (PV) power plants depends mainly on the quality of the solar irradiation data database and the photovoltaic simulation package. This thesis evaluates the effects of adopting five different solar radiation databases in the sizing of hybrid PV-diesel solar generators designed to supply electricity to isolated minigrids, using two of the most popular PV sizing and simulation tools available on the market (PVsyst® and HOMER Energy ®). The different source, time, space resolution and time span of the five most relevant and available solar irradiation databases for the Brazilian Amazon Region (INPE2006, INPE2017, METEONORM7.2, NASA-SSE and SOLARGIS) are compared. A case study is presented to illustrate the influences of the solar irradiation database and the simulation tool in the PV generators, and the effects on diesel consumption and on the operational regime of the diesel gen sets supplying the demand of an existing minigrid in the Brazilian Amazon (Buritis-RO). The behavior of the load curve and the diesel power plant were modeled in HOMER Energy® and include generation data from a basic PV system (99kWp). Ten combinations of the five solar irradiation databases and the two PV system sizing tools were carried out. There was a 20.6% variation in the total annual energy generation. These differences, taking into account the behavior of the load curve and the total installed capacity of diesel generation at the site, increased by more than 100% (1.782 MWp to 3.663 MWp) in the ideal size of the PV generator (multiples of the base PV system) of the case study. The total diesel savings, over a period of 15 years, ranged from R$ 9,454,657.00 to R$ 71, 240,915.00 (>7,5 times) for the smallest PV system of 1.782 MWp. These assessments can be extended to minigrids of any size in other places and demonstrate the influence of the solar radiation database and the PV simulator package on the sizing of PVdiesel generators. The study also revealed that despite the differences between the algorithms of the two simulation packages used, the variation between the results provided was minimal. The novelty and originality of this study is to demonstrate and quantify for the first time the influence of the solar radiation database and the PV simulation package on the sizing of PVdiesel generators. The consequences of this study are not only of scientific and academic importance, but also of economic and commercial interest as well.