Avaliação do desempenho do sistema de mini-geração fotovoltaico na Faculdade de Ciências

Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Esta dissertação foca-se no estudo e análise do desempenho de sistemas de mini-geração fotovoltaica, nomeadamente da central da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. Em funcionamento desde 2014, esta central, sendo parte integrante do projeto “Universidade Verde” patrocinado pela Galp Energia, possui na sua constituição 1124 módulos fotovoltaicos, perfazendo um total de 275 kWp instalados. A análise do desempenho dos sistemas de cada edifício, baseada na determinação do coeficiente de desempenho (Performance Ratio), implicou a extração de dados de produção e de dados meteorológicos. Os últimos, extraídos da estacão meteorológica e de medição da radiação do Campus solar da FCUL, sofrem o efeito do sombreamento da sua envolvente de manhã e à tarde, tendo-se procedido à sua correção através da aplicação de um modelo clear-sky. Nesta correção foi também considerada a inclinação dos painéis fotovoltaicos. De referir que a instalação de sensores de radiação e temperatura junto dos módulos poderá melhorar a qualidade dos resultados, deixando estes de depender de dados externos. Procedeu-se também a uma comparação entre os dados da estação e os dados da plataforma online PVGIS, cuja base de dados é construída por médias interpoladas de dados históricos. Os resultados do coeficiente de desempenho espelham o correto funcionamento da central, tendo-se obtido valores de 81.9% e 78.6% para os sistemas dos edifícios C1 e C2, respetivamente. Já os resultados do sistema do edifico C4 apontam para a existência de sombreamentos nos meses de inverno, tendo-se registado um coeficiente de desempenho inferior, de 74.7%. Para futuras análises e acompanhamento regular do funcionamento do desempenho da central, foi desenvolvida uma interface de fácil manipulação, que permite ao utilizador analisar rapidamente a evolução do desempenho de cada sistema ao longo do ano. Para analisar mais detalhadamente os sistemas de cada edifício foi também aplicada uma metodologia que permite, através da avaliação de indicadores de corrente e tensão, detetar e identificar o tipo de falhas que afetam os mesmos. De modo a testar a sua viabilidade foram simuladas falhas no sistema do edifício C2, tendo estas sido corretamente identificadas pelos indicadores avaliados. Posteriormente, procedeu-se a uma análise retrospetiva do funcionamento do sistema, ao nível do inversor e do edifício, tendo-se concluído que a primeira é mais apropriada para a identificação de falhas e padrões de sombreamento. Os resultados permitiram concluir que os dados disponíveis para o edifício C1 se encontravam, à data da sua extração, mal referenciados na vision box. Para além disso foi detetado no edifício C4 um padrão de sombreamento nos meses de inverno, que corrobora os resultados obtidos para o coeficiente de desempenho. Mais uma vez, foram desenvolvidas duas interfaces que permitem a realização automática deste tipo de análises.

This dissertation focuses on the study and analysis of the performance of decentralized PV systems, particularly of the system installed in FCUL. Operating since 2014, this system, which is a part of the “Universidade Verde” project, supported by Galp Energia, comprises 275 kWp, in a total of 1124 PV modules. The performance analysis of all the PV systems, in all FCUL buildings, based on the determination of the performance ratio, required access to energy, radiation and temperature data. The radiation and temperature data used was extracted from the solar station installed in the Campus Solar, the outdoor solar testing facility. Shadowing of the sensor, caused by the station surroundings, was corrected by applying a clear-sky model to the data. The inclination of the PV modules was also considered. The installation of radiation and temperature sensors near the system would improve the reliability of the results. The Performance Ratio was also determined based on PVGIS data, in order to compare both data sources. All results mirror the systems’ good performance, with performance ratios of 81.9% and 78.6% for the C1 and C2 buildings, respectively. However, the results for the C4 system (74.7%) point to the presence of a shadowing pattern in the winter months. For future analysis, an interface was developed that allows the user to quickly analyze the performance evolution of each system throughout the year. During this project, it was also applied a fault detection procedure based on the evaluation of voltage and current indicators. In order to test its viability, several system faults were simulated in the C2 system. All faults were correctly identified. Finally, historical data was analyzed, by inverter and by building. The results led to the conclusion that the inverter analysis is more appropriate to identify possible faults and to detect shadowing patterns. The results show that, at the time of the extraction, the data retrieved for the C1 building was incorrectly identified in the vision box. Furthermore, the results allow the identification of a shadowing pattern in the C4 building, during the winter, which is in accordance to the results for the performance ratio. Additionally, two more interfaces were developed that allow the automatic analysis of all historical data.