Análise de viabilid minigeração Análise de viabilidade de Projectos de minigeração Fotovoltaica

75 Pages·2011·2.38 MB·Portuguese

FFFaaacccuuullldddaaadddeee dddeee EEEnnngggeeennnhhhaaarrriiiaaa dddaaa UUUnnniiivvveeerrrsssiiidddaaadddeee dddooo PPPooorrrtttooo

AAAnnnááállliiissseee dddeee vvviiiaaabbbiiillliiidddaaadddeee dddeee PPPrrrooojjjeeeccctttooosss dddeee
mmiinniiggeerraaççããoo FFoottoovvoollttaaiiccaa
Raphael Nunes Freire
VERSÃO PROVISÓRIA
Dissertação realizada no âmbito do
MMMeeessstttrrraaadddooo IIInnnttteeegggrrraaadddooo eeemmm EEEnnngggeeennnhhhaaarrriiiaaa EEEllleeeccctttrrroootttééécccnnniiicccaaa eee dddeee CCCooommmpppuuutttaaadddooorrreeesss
Major Energia

OOrriieennttaaddoorr:: PPrrooff.. DDrr.. CCllááuuddiioo DDoommiinnggooss MMaarrttiinnss MMoonntteeiirroo

Junho de 2011
© Raphael Nunes Freire, 2011
II
Resumo
A minigeração fotovoltaica é mais uma aposta de Portugal em reduzir a sua
dependência energética do exterior e vem completar a microgeração que já estava
em vigor. Tal como acontece com a microgeração, a minigeração fotovoltaica
contribui para o melhoramento da eficiência energética dos edifícios e da mitigação
do consumo do sector dos edifícios no consumo total de energia eléctrica do país.
Neste sentido, e no contexto da produção descentralizada, as minicentrais
fotovoltaicas são implementadas nos locais de consumo, pelo que têm que se adaptar
ao ambiente onde são instaladas. Por esse motivo, a miniprodução fotovoltaica trás
consigo novos desafios no seu dimensionamento em ambiente urbano. Sistemas em
bloco, efeito de dispersão, inversores de strings, inversores de multi-strings, módulos
AC, etc. São apenas alguns exemplos dos novos desafios.
Este trabalho faz uma análise das principais condicionantes de um
dimensionamento de um sistema fotovoltaico ligado à rede e apresenta uma
metodologia de dimensionamento que aborda os novos desafios da minigeração
fotovoltaica nos edifícios, nomeadamente o impacto do local de instalação na
configuração do sistema. É assim feita uma caracterização dos principais factores de
dimensionamento, nomeadamente os módulos fotovoltaicos, os inversores, a radiação
solar e os cabos DC, que constituirão a base da metodologia de dimensionamento de
sistemas fotovoltaicos que consiste na geração de alternativas de dimensionamento
(configuração eléctrica e física do sistema) e da produção de energia eléctrica para
um ano típico, considerando as condicionantes do local. De forma a avaliar a
viabilidade deste tipo de projectos, é apresentado um caso de estudo, os resultados
da aplicação da metodologia apresentada e uma análise de sensibilidade de
indicadores de investimento para a variabilidade típica de alguns parâmetros, como o
custo de investimento e a produção de energia.

III
IV
Abstract
The photovoltaic minigeneration is one more Portugal’s strategy to reduce its dependence
on external energy and complements the microgeneration that’s already in force. As with
microgeneration, photovoltaic minigeration contribute to improve the energy efficiency of
buildings and the mitigation of consumption of the buildings sector in the total consumption
of electricity in the country. In this sense, and in the context of decentralized production,
the photovoltaic system are implemented where the consumption is, so they have to adapt to
the environment where they are installed. For this reason, the photovoltaic miniproduction
brings with it new challenges in its design that did not existed in this type of installation on
urban environment. Block systems, mismatch effect, string inverters, multi-string inverters,
modules, AC, etc. These are just some examples of new challenges.
This paper analyzes the main determinants factors of a design of a grid-connected
photovoltaic system and presents a methodology that addresses the new challenges of
photovoltaics minigeneration in buildings, including the impact of location on the PV system
configuration. A characterization of the design main factors is made, including photovoltaic
modules, inverters, solar radiation and DC cables, that will be the core of the methodology
for sizing photovoltaic systems. The methodology will generate all possible alternatives
designs (configuration and electrical physical system) and the production of electricity for a
typical year, considering the constraints of the site. In order to evaluate the viability of such
projects, is presented a case study, the results of applying the methodology presented and a
sensitivity analysis of investment indicators typical to the variability of some parameters such
as the cost of investment and energy production .
V
VI
Agradecimentos
Quero deixar aqui os meus agradecimentos a todos aqueles que de alguma forma
contribuíram para o meu desenvolvimento pessoal e profissional durante o período de
realização deste trabalho.
Ao meu orientador Professor Doutor Cláudio Monteiro e ao Engenheiro Paulo Saraiva pelo
apoio e disponibilidade. Também o meu agradecimento ao aluno Alejandro Hernández pela
sua disponibilidade.
À minha família, pelo apoio incondicional e pelas oportunidades que me proporcionaram.

VII
VIII
Índice

Resumo ......................................................................................... 3
Abstract ........................................................................................ 5
Agradecimentos ............................................................................... 7
Índice ........................................................................................... 9
Lista de figuras ............................................................................... 11
Lista de tabelas .............................................................................. 13
Abreviaturas e Símbolos .................................................................... 15
Capítulo 1 ...................................................................................... 1
Introdução ......................................................................................................... 1
1.1 - Enquadramento da Dissertação ..................................................................... 1
1.1 - Motivação ............................................................................................... 1
1.2 - Objectivos ............................................................................................... 2
1.3 - Informação utilizada na dissertação ................................................................ 2
1.4 - Organização do documento .......................................................................... 2
Capítulo 2 ...................................................................................... 4
Estado da Arte .................................................................................................... 4
2.1 - Decreto-Lei Nº34/2011 ................................................................................ 4
2.1.1 - Introdução ........................................................................................ 4
2.1.2 - Escalões de potência de ligação .............................................................. 4
2.1.3 - Remuneração .................................................................................... 4
2.1.4 - Requisitos para ser miniprodutor ............................................................ 5
2.1.5 - Eficiência Energética ........................................................................... 5
2.1.6 - Contra-ordenações .............................................................................. 6
2.2 - Minigeração ............................................................................................. 6
2.2.1 - Local de Instalação ............................................................................. 7
2.2.2 - Radiação Solar ................................................................................... 8
2.2.3 - Módulos Fotovoltaicos ........................................................................ 10
2.2.4 - Inversor DC/AC ................................................................................ 11
2.2.5 - Sombreamento ................................................................................ 13
2.2.6 - Caixa de derivação ........................................................................... 16
IX
Capítulo 3 ..................................................................................... 17
Dimensionamento de uma central de minigeração FV .................................................. 17
3.1 - Metodologia de dimensionamento de minicentrais FV ........................................ 17
3.1.1 - Base de Dados ................................................................................. 18
3.1.1.1 - Área Disponível ........................................................................ 18
3.1.1.2 - Características dos módulos fotovoltaicos ....................................... 18
3.1.1.3 - Características dos Inversores DC/AC ............................................. 19
3.1.1.4 - Dados climatéricos ................................................................... 20
3.1.2 - Disposição física dos módulos fotovoltaicos ............................................. 21
3.1.3 - Disposição eléctrica dos módulos fotovoltaicos ......................................... 22
3.1.4 - Dimensionamento dos inversores DC/AC ................................................. 25
3.1.5 - Produção de energia dos Módulos fotovoltaicos ......................................... 26
3.2 - Geração de alternativas de dimensionamento ................................................. 27
3.3 - Metodologia de dimensionamento dos cabos DC ............................................... 28
3.4 - Dimensionamento dos cabos AC ................................................................... 30
3.5 - Análise Económica ................................................................................... 30
3.5.1 - Custo Nivelado de Energia .................................................................. 31
3.5.1.1 - Valor Actual Líquido (VAL) .......................................................... 31
3.5.1.2 - Taxa Interna de Rentabilidade (TIR) .............................................. 32
3.5.1.3 - Período de Recuperação do Investimento (PRI) ................................. 32
Capítulo 4 ..................................................................................... 33
Caso de Estudo ................................................................................................. 33
4.1 - Locais de Instalação ................................................................................. 33
4.1.1 - Edifício B ....................................................................................... 34
4.1.2 - Parque dos Professores ...................................................................... 34
4.2 - Radiação Solar ........................................................................................ 36
4.3 - Módulos fotovoltaicos ............................................................................... 36
4.4 - Inversores DC/AC .................................................................................... 36
4.5 - Análise Técnica ...................................................................................... 36
4.5.1 - Edifício B ....................................................................................... 36
4.5.1.1 - Cenário 1 ............................................................................... 37
4.5.1.2 - Cenário 2 ............................................................................... 39
4.5.1.3 - Cenário 3 ............................................................................... 40
4.5.2 - Parque de estacionamento dos professores .............................................. 41
4.5.2.1 - Sistema FV de 160 kWp .............................................................. 41
4.5.2.2 - Sistema FV de 250 KWp .............................................................. 42
4.5.3 - Dimensionamento dos cabos AC ............................................................ 43
4.6 - Análise Económica ................................................................................... 44
4.6.1 - Mapas de Quantidade ........................................................................ 44
4.6.2 - Resultados ...................................................................................... 46
4.6.3 - Análise de Sensibilidade ..................................................................... 47
4.6.3.1 - Análise de Sensibilidade: Investimento ........................................... 47
4.6.3.2 - Análise de Sensibilidade: Tarifa de Venda ....................................... 49
4.6.3.3 - Análise de Sensibilidade: Produção ................................................ 50
4.6.3.4 - Análise de Sensibilidade: Taxa de Juro ........................................... 51
4.6.3.5 - Grau de Sensibilidade ................................................................ 53
Capítulo 5 ..................................................................................... 55
5.1 - Conclusões gerais .................................................................................... 55
5.2 - Futuros Desenvolvimentos ......................................................................... 55
X