SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE UM SISTEMA HÍBRIDO DIESEL-FOTOVOLTÁICO

K.L.Z. Glitz, S. Colle e S.L. de Abreu

LABSOLAR, Depto. de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina Campus Universitário, CP: 476 - Trindade , CEP: 88040-900 Florianópolis SC

Palavras-chave: Energia solar, sistemas fotovoltáicos, sistemas híbridos diesel-fotovoltáico.

Resumo

Este trabalho aborda a utilização de um sistema híbrido diesel-fotovoltáico como alternativa para suprir a demanda de energia elétrica em comunidades isoladas. A localização remota de muitas comunidades do norte e nordeste do Brasil faz com que seja necessária a utilização de unidades autônomas para a geração de energia elétrica, o que é feito, em geral, utilizando moto-geradores a diesel (MGD). Porém, a utilização de MGDs apresenta desvantagens como a emissão de CO2, constante crescimento do preço do diesel, custos adicionais advindos de políticas ambientais e o alto custo do transporte. Para minimizar esses problemas, propõe-se a utilização de sistemas fotovoltáicos (PV) sem a utilização de baterias interligados a MGDs.

Dois tipos de configuração são propostos: no primeiro (caso A), propõe-se um aumento da energia ofertada e, no segundo caso (caso B), propõe-se uma economia de combustível ambos para um determinado intervalo do dia .

No caso A, utiliza-se a energia proveniente de um sistema PV para suprir a demanda adicional. O sistema PV pode ser dimensionado de forma a suprir toda a expansão no mês de menor incidência de radiação solar e, nos outros meses, a sobra de energia faz com que o MGD reduza sua potência de operação ou, até mesmo, desligue enquanto outro MGD reduz sua potência da nominal para uma fração desta.

No caso da economia de combustível, utiliza-se a energia do sistema PV para reduzir a potência do MGD e, consequentemente, economizar combustível. Assim como o primeiro caso, se sobrar energia do sistema PV, o MGD pode reduzir sua potência ou até desligar, o que implica a redução da potência de operação de um segundo motor.

Neste trabalho é feita uma análise do retorno financeiro durante a vida útil do sistema híbrido diesel-fotovoltáico ( - life cycle savings) conforme metodologia descrita em Duffie e Beckman (1991). Nesse sentido, uma série de parâmetros de projeto são considerados para a análise econômica do sistema. Entre eles, a média mensal de radiação solar incidente numa superfície inclinada, custo do sistema PV por unidade de área , preço de venda da eletricidade gerada pelo MGD , preço de venda da eletricidade gerada pelo PV , preço do litro do diesel , período de análise financeira N, taxa de juros do mercado d e taxa de inflação do combustível e. Os custos de manutenção e operação além do custo de capital do MGD não são considerados.

Devido ao grande número de parâmetros, a análise de sensibilidade do em relação a cada um deles envolve um grande número de simulações. Portanto, foram feitos programas computacionais em Fortran que, a partir dos dados de entrada, calculam o em função da área total do sistema PV. A partir desses resultados é possível construir gráficos de x Área para diferentes valores de cada parâmetro analisado. É possível também, a partir da análise dos gráficos, determinar qual a área ótima em que se obtém o maior valor de para cada conjunto de parâmetros de entrada testado.

Nas figuras 1 e 2 são apresentados os resultados obtidos para simulações dos casos A e B respectivamente. Nessas simulações utilizou-se dados de radiação solar medidos em Florianópolis-SC (27º36' S / 48º30' O). Considerou-se que o sistema PV seria instalado com uma inclinação igual à latitude. O painel fotovoltáico utilizado tem uma eficiência igual a 8% e os MGDs, uma potência nominal igual a 54kW. Os parâmetros econômicos de análise foram: d=8%, e=10% e N=20 anos. O período do dia em que ocorrerá a expansão ou a redução de demanda será de 4 horas em torno do meio-dia, sendo que, para o caso A, considerou-se uma expansão de 20% da potência nominal de um MGD funcionando a 50% da mesma, enquanto que, para o caso B, considerou-se a eliminação de um MGD que funcionava a 20% da potência nominal.

No caso A, conclui-se que, para um caso em que não há incentivo ao uso de energia gerada por PV, a utilização do sistema híbrido não é rentável para os valores atuais dos demais parâmetros do projeto. Com um incentivo de aproximadamente 80% do preço de venda da energia gerada pelo sistema PV em relação ao MGD, a instalação do sistema torna-se viável. Com o valor normativo atual da ANEEL para energia solar fotovoltáica , o sistema híbrido é vantajoso, podendo atingir um superior a US$40 mil para a área ótima no caso analisado.

No caso B, pode-se concluir que, para o custo por área de painel atual a utilização do sistema híbrido diesel-fotovoltáico não é rentável caso não exista incentivo à utilização de energia gerada por PV. Uma redução de 30% no preço dos painéis tornaria essa tecnologia competitiva.

No presente trabalho foi apresentado apenas um exemplo de utilização do programa de simulação. É possível também testar diferentes curvas de funcionamento de MGDs, parâmetros de análise econômica e utilizar dados de radiação solar de diferentes localidades. Isto mostra que o método aqui empregado não se restringe a apenas um caso específico, sendo bastante genérico e com um vasto campo de aplicação.

Referências:

Duffie, J.A. e Beckman, W.A. - Solar Engineering of Thermal Processes, 2nd Edition, Wiley-Interscience, USA, 1991.

Abreu, S.L. et al - Qualificação e recuperação de dados de radiação solar medidos em Florianópolis-SC, ENCIT, Porto Alegre, 3 a 6 de outubro de 2000.

Iqbal, M. - An Introduction to Solar Radiation, Academic Press, 1983.

Colle, S. et al - Uncertainty in Economical Analysis of Solar Water Heating and Photovoltaic Systems, Solar Energy Vol. 70, No. 2, pp. 131-142, 2001.