Modelação e simulação de sistemas fotovoltaicos

Os sistemas fotovoltaicos produzem energia eléctrica limpa, e inesgotável na nossa escala temporal. A Agência Internacional de Energia encara a tecnologia fotovoltaica como uma das mais promissoras, esperando nas suas previsões mais optimistas, que em 2050 possa representar 20% da produção eléctrica mundial, o equivalente a 18000 TWh. No entanto, e apesar do desenvolvimento notável nas últimas décadas, a principal condicionante a uma maior proliferação destes sistemas é o ainda elevado custo, aliado ao seu fraco desempenho global. Apesar do custo e ineficiência dos módulos fotovoltaicos ter vindo a diminuir, o rendimento dos sistemas contínua dependente de factores externos sujeitos a grande variabilidade, como a temperatura e a irradiância, e às limitações tecnológicas e falta de sinergia dos seus equipamentos constituintes. Neste sentido procurou-se como objectivo na elaboração desta dissertação, avaliar o potencial de optimização dos sistemas fotovoltaicos recorrendo a técnicas de modelação e simulação. Para o efeito, em primeiro lugar foram identificados os principais factores que condicionam o desempenho destes sistemas. Em segundo lugar, e como caso prático de estudo, procedeu-se à modelação de algumas configurações de sistemas fotovoltaicos, e respectivos componentes em ambiente MatlabTM/SimulinkTM. Em seguida procedeu-se à análise das principais vantagens e desvantagens da utilização de diversas ferramentas de modelação na optimização destes sistemas, assim como da incorporação de técnicas de inteligência artificial para responder aos novos desafios que esta tecnologia enfrentará no futuro. Através deste estudo, conclui-se que a modelação é não só um instrumento útil para a optimização dos actuais sistemas PV, como será, certamente uma ferramenta imprescindível para responder aos desafios das novas aplicações desta tecnologia. Neste último ponto as técnicas de modelação com recurso a inteligência artificial (IA) terão seguramente um papel preponderante. O caso prático de modelação realizado permitiu concluir que esta é igualmente uma ferramenta útil no apoio ao ensino e investigação. Contudo, convém não esquecer que um modelo é apenas uma aproximação à realidade, devendo recorrer-se sempre ao sentido crítico na interpretação dos seus resultados.

Photovoltaic systems produce clean and inexhaustible electric energy at our human scale. The International Energy Agency sees photovoltaic technology as one of the most promising, expecting in their optimistic forecasts that it can represent 20% of the worldwide production by 2050, the equivalent to 18000 TWh. However, and notwithstanding its remarkable development on the last decades, the main constraint to a larger dissemination of these systems is its still high cost, combined with is reduced global efficiency. Despite the reduction in both cost and photovoltaic modules inefficiency, the system’s global efficiency is still dependent on highly variable external factors such as the temperature and irradiance, the technological barriers and lack of synergy between its components. Thus, it was defined as an objective of this dissertation, to evaluate the optimization potential of photovoltaic systems resorting to modeling and simulating techniques. For this purpose, the main conditioning factors to the system’s performance were identified in the first place. Secondly, and as a case study, several configurations and components of photovoltaic systems were modeled in MatlabTM/SimulinkTM developing environment. Then, an analysis of the main advantages and disadvantages was conducted on the use of several modeling tools in photovoltaic systems optimization, as well as on the incorporation of artificial intelligence techniques to respond to the challenges this technology might face in the near future. Through the making of this study, it was concluded that modeling is not only an useful tool to optimize photovoltaic systems, as it will surely become an indispensable tool to respond to this technology’s new challenges. The modeling case study also allowed to determine its importance for education and investigation purposes. However, it should be noted that a model will always be an approximation to reality, and thus it calls for a permanent critical judgment to interpret its results.