Desempenho Energético em Sistemas Fotovoltaicos Fixo vs Seguidor Solar

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1 Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Desempenho Energético em Sistemas Fotovoltaicos Fixo vs Seguidor Solar Dissertação de Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores Ana Rita Pinto de Azevedo Orientador: Professor Doutor Sérgio Augusto Pires Leitão Vila Real, 2016

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3 Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Desempenho Energético em Sistemas Fotovoltaicos Fixo vs Seguidor Solar Dissertação de Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores Ana Rita Pinto de Azevedo Orientador: Professor Doutor Sérgio Augusto Pires Leitão Dissertação submetida à UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO para obtenção do grau de MESTRE em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores, de acordo com o disposto no de acordo com o disposto no DR I série Nº 151, Decreto-Lei n.º 115/2013 de 7 de agosto e no Regulamento de Estudos Conducente ao Grau de Mestre da UTAD DR, 2.ª série - Nº 149 de 4 de agosto de 2011

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5 Orientação científica: Sérgio Augusto Pires Leitão Professor Auxiliar do Departamento de Engenharias da Escola de Ciências e Tecnologia Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Composição do Júri: Presidente: Doutor João Agostinho Batista de Lacerda Pavão Professor Auxiliar da Escola de Ciências e Tecnologia da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Vogais: Doutor Hélder Filipe Duarte Leite Professor Auxiliar da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Doutor Sérgio Augusto Pires Leitão Professor Auxiliar da Escola de Ciências e Tecnologia da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

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7 Somos aquilo que fazemos de forma repetida. Por isso, a excelência não é um ato, mas um hábito (Aristóteles) Nada é particularmente difícil se o dividir em pequenas tarefas. (Henry Ford)

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11 Agradecimentos Ao meu orientador, Professor Doutor Sérgio Augusto Pires Leitão, um agradecimento especial pelo conhecimento transmitido, disponibilidade e auxilio na elaboração deste trabalho. Ao Engenheiro Rui Fonseca e ao Pedro Sousa, da Empresa Objetivo Verde de Vila Real, pela prontidão e disponibilidade na recolha de dados de produção no local das instalações fotovoltaicas. Aos meus pais, António e Branca, agradeço por tudo, pelo incentivo e apoio ao longo de todos estes anos. À minha irmã, Daniela, pela força e apoio em todos os momentos menos bons e pelo exemplo de vida. Ao meu irmão, Ivo, pelas palavras de coragem, experiência de vida e incentivo nesta caminhada. Ao meu namorado, Carlos, pela paciência, incentivo e força. Sem dúvida que sem ele não seria a mesma coisa. vida. Aos meus colegas que também contribuíram para esta fase tão importante da minha deste trabalho. A todos, em geral, que ao longo do meu percurso académico, permitiram o culminar Muito Obrigada! i

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13 Resumo A ação no domínio das energias renováveis e da eficiência energética, para além de combater as alterações climáticas, contribui para a segurança do aprovisionamento energético e ajuda a limitar a dependência da energia importada. Com as recentes preocupações energéticas e ambientais, a Europa e Portugal, em particular, tem vindo a traçar um novo rumo nas políticas energéticas. A aplicação de políticas energéticas eficazes pode reduzir a intensidade energética, relacionada com o consumo energético do país e, as emissões de gases de efeito de estufa. As energias renováveis são fontes de energia provenientes de recursos naturais. A energia solar fotovoltaica é uma das energias renováveis existentes e, considerada como uma energia inesgotável, limpa e com menores impactos ambientas. Esta dissertação tem como objetivo estudar o desempenho energético entre dois sistemas fotovoltaicos: fixo e seguidor solar. Para esse efeito, propõe-se num caso de estudo referente aos dois sistemas fotovoltaicos, com diferentes localizações geográficas e numa fase inicial, uma análise de produção real de energia elétrica, medida diretamente à saída dos inversores de cada sistema e, a comparação entre a estimativa da energia elétrica produzida usando um software de simulação. Numa fase final, procede-se à avaliação do desempenho energético dos dois sistemas fotovoltaicos implementados por comparação com os resultados reais. Por fim, é realizada uma análise sobre a viabilidade económica de cada investimento relativa à implementação de cada sistema fotovoltaico, de modo a compreender, no momento de aquisição do produto, qual é o mais vantajoso economicamente. Palavras-chave: Energia solar fotovoltaica, sistema fotovoltaico fixo, seguidor solar, energia elétrica. iii

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15 Abstrat The action in the domain of the renewable energy and the energy efficiency, beyond going against the climatic changes, helps to security of energy supply and helps to limit the imported energy dependence. As a result of the recent energetic and environmental worries, Europe and Portugal, particularly, started to chart a new course in the energetic policies. The implementation of effective energetic policies can reduce energy intensity, related to the energy consumption of the country, and emissions of greenhouse gases. Renewable energies are energy sources from natural resources. Photovoltaic solar energy is one of the existing renewable energy and considered as an inexhaustible, clean energy and lower environment impacts. This dissertation has the goal to study the energetic performance of two different photovoltaic systems: fixed and solar tracker. For this purpose, it is proposed a case study concerning the two photovoltaic systems, with different geographical locations in an early stage, a real production analysis of electric energy, measured directly to the output of the inverters of each system and, the comparison between the estimated produced using one simulation software. In a final stage, it is proceeded an evaluation of the energy performance of two photovoltaic systems implemented by comparing with the real results. Lastly, it is made one analysis concerning the economic variability of each investment related to the implementation of each photovoltaic system, in order to understand, in the moment of the product acquisition, which one is the most economically advantageous. Keywords: Photovoltaic solar energy, fixed photovoltaic system, solar tracker, electric energy. v

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17 Índice Capítulo 1 - Introdução Enquadramento Motivações e Objetivos Estrutura da Dissertação... 2 Capítulo 2 - Energia Solar Fotovoltaica Enquadramento Radiação Solar Movimento da Terra Declinação Solar Altitude, Azimute e Zénite Solar Painéis Fotovoltaicos Efeito Fotovoltaico Tipo de Células Fotovoltaicas Modelo Elétrico Características de um Painel Fotovoltaico Influência da Radiação Solar e Temperatura Interligação de Módulos Sistemas Fotovoltaicos Baterias Inversores Reguladores de Carga Tipos de Sistemas Fotovoltaicos Seguidores Solares Seguidores Passivos Seguidores Ativos vii

18 Seguidor Polar de Eixo Único Seguidor de Eixo Horizontal Seguidor de Eixo Vertical ou de Azimute Seguidor de dois Eixos Seguidor Polar de dois Eixos Seguidor de Plataforma Rotativa de dois Eixos Seguidor de Trajetórias Paralelas Sistemas de Controlo para Seguidores Solares Seguimento com Sensores Seguimento com Foto-Sensores Seguimento com Visão Artificial Seguimento sem Sensores Fatores que Influenciam o Desempenho dos Sistemas FV Recurso Solar e Irradiância Sujidade Temperatura e ação do vento Sombreamento Avarias e desgaste nos equipamentos Conclusões Capítulo 3 - Software de Simulação de Sistemas Fotovoltaicos Enquadramento Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) Photovoltaic System (PVSyst) System Advisor Model (SAM) Photovoltaic Software PV*SOL Polysun Simulation Software Software RETScreen Clean Energy Management (RETScreen) viii

19 3.8 Comparação entre Software Conclusões Capítulo 4 - Caso de Estudo Enquadramento Sistema Fotovoltaico Fixo Descrição do Sistema Esquema de Ligação do Sistema Estrutura dos Inversores do Sistema Análise de Parâmetros do Sistema Distribuição Anual Distribuição Mensal Distribuição Diária Potência Elétrica Fator de Potência no Inversor Rendimento do Inversor Comparação de Resultados Reais e Simulados Sistema Fotovoltaico com Seguimento Solar Descrição do Sistema Esquema de Ligação do Sistema Análise de Parâmetros do Seguidor Solar Distribuição Anual Distribuição Mensal Distribuição Diária Potência Elétrica Fator de Potência no Inversor Rendimento do Inversor Comparação de Resultados Reais e Simulados ix

20 4.4 Análise por Comparação entre Sistemas FV (Fixo e Seguidor Solar) Distribuição Anual Distribuição Mensal Distribuição Diária Potência Elétrica Rendimento do Inversor Análise Económica do Investimento Sistema Fotovoltaico Fixo Seguidor Solar Análise dos Resultados Capítulo 5 - Conclusões e Perspetivas de Trabalho Futuro Conclusões Perspetivas de Trabalho Futuro Referências Anexo A - Procedimentos de Manutenção Anexo B - Dados de Produção Anexo C - Indicadores Financeiros Anexo D - Análise Económica do Investimento x

21 Lista de Figuras Figura Formas de radiação solar, após atravessarem a superfície terrestre [3]... 6 Figura Radiação global anual em Portugal [6]... 8 Figura Definição de ângulo horário solar (hs), declinação solar (δs) e latitude (L) [7] Figura Circuito elétrico simplificado equivalente a um díodo Figura Circuito elétrico equivalente detalhado Figura Curva I-V de uma célula solar genérica [10] Figura Curva característica P-V de um painel fotovoltaico, adaptado [11] Figura Influência da curva I-V e P-V com variação da radiação incidente, a uma temperatura constante de 25ºC [12] Figura Influência das curvas I-V e P-V com a variação da temperatura, onde MPP representa o ponto de potência máxima, adaptado [11] Figura Ligação de células solares fotovoltaicas em série (a) e em paralelo (b), adaptado [10] Figura Inversor Kaco 18.0 TL3 [13] Figura Comparação da energia produzida entre um sistema fixo e um sistema de seguimento de 2 eixos, adaptado [15] Figura Mecanismo de funcionamento do sistema de seguimento solar passivo [16] Figura Modelo de um seguidor polar de eixo único [19] Figura Modelo de um seguidor de eixo horizontal [19] Figura Modelo de um seguidor de eixo vertical ou de azimute [19] Figura Modelo de um seguidor solar de dois eixos [19] Figura Distância entre fileiras, adaptado [24] Figura Esquema de ligação entre painéis fotovoltaicos, inversores e quadro elétrico Figura Esquema de ligação de uma instalação com dois inversores Figura Distribuição da energia elétrica anual produzida pelo sistema FV Figura Distribuição da energia mensal produzida, dos meses de julho e dezembro de Figura Distribuição da média da energia mensal produzida, ao longo dos anos Figura Distribuição das potências ao longo do dia 25 de julho de Figura Distribuição das potências ao longo do dia 11 de dezembro de xi

22 Figura Distribuição do fator de potência ao longo dos dias, 25 de julho e 11 de dezembro de Figura Rendimento do inversor 1 ao longo dos dias, 25 de julho e 11 de dezembro de Figura Esquema de ligação entre os painéis dos seguidores solares, inversores e quadro elétrico Figura Distribuição da energia anual produzida pelo seguidor solar Figura Distribuição da energia mensal produzida, nos meses de julho e dezembro de Figura Distribuição da energia elétrica média mensal produzida, ao longo dos anos, pelo seguidor solar Figura Distribuição das potências ao longo do dia 25 de julho de Figura Distribuição das potências ao longo do dia 11 de dezembro de Figura Distribuição do fator de potência para os dias, 25 de julho e 11 de dezembro.. 64 Figura Rendimento do inversor do sistema para os dias, 25 de julho e 11 de dezembro Figura Distribuição de energia anual produzida pelos dois sistemas no ano de Figura Distribuição de energia elétrica anual produzida pelos dois sistemas no ano de Figura Distribuição de energia mensal produzida pelos dois sistemas, no mês de julho de Figura Distribuição de energia mensal produzida pelos dois sistemas, no mês de dezembro Figura Potência produzida pelos dois sistemas FV ao longo do dia 25 de julho de Figura Potência produzida pelos dois sistemas FV ao longo do dia 11 de dezembro de Figura Rendimentos para cada sistema FV ao longo do dia 25 de julho de Figura Rendimentos para cada sistema FV ao longo do dia 11 de dezembro de Figura Cash-flow atualizado para o sistema fotovoltaico fixo Figura Cash-flow atualizado para o sistema fotovoltaico com seguimento solar xii

23 Lista de Tabelas Tabela Características dos painéis solares fotovoltaicos LW Tabela Características do Inversor Kaco 12.0 TL3 INT Tabela Energia elétrica anual produzida pelo do sistema FV Tabela Energia mensal produzida pelo sistema, nos meses de julho e dezembro de Tabela Média mensal de produção de energia elétrica do sistema Tabela Produção de energia elétrica e irradiação usando PVGIS Tabela Valores reais e simulados de produção de energia elétrica Tabela Características do Painel Fotovoltaico EX 260M Tabela Características do Inversor Kaco 18.0 TL3 INT Tabela Energia elétrica anual produzida pelo seguidor solar Tabela Energia produzida pelo seguidor solar nos meses de julho e dezembro de Tabela Média mensal da produção de energia elétrica do seguidor solar Tabela Produção de energia elétrica e irradiação usando o software PVGIS Tabela Valores reais e simulados de produção de energia elétrica Tabela Energia anual produzida pelos sistemas no ano de Tabela Energia anual produzida pelos dois sistemas no ano de Tabela Energia mensal produzida pelos sistemas fixo e móvel, no mês de julho de Tabela Energia mensal produzida pelos dois sistemas, no mês de dezembro de Tabela Comparação da energia elétrica total produzida pelos dois sistemas FV Tabela Características do projeto do sistema FV fixo Tabela Características do investimento do sistema FV fixo Tabela Preço de energia solar fotovoltaica no regime bonificado Tabela Características do projeto do seguidor solar Tabela Características do investimento do seguidor solar Tabela B.1 - Dados de produção do sistema FV fixo ao longo do dia 25 de julho de xiii

24 Tabela B.2 - Dados de produção do sistema FV fixo ao longo do dia 11 de dezembro de Tabela B.3 - Dados de produção do seguidor solar ao longo do dia 25 de julho de Tabela B.4 - Dados de produção do seguidor solar ao longo do dia 11 de dezembro de Tabela C.1 - Viabilidade do projeto tendo em conta o indicador financeiro VAL Tabela C.2 - Viabilidade do projeto tendo em conta o indicador financeiro TIR Tabela D.1 - Análise económica do sistema fotovoltaico fixo xiv

25 Lista de Símbolos α Ângulo de altitude solar a s h s δ s t s Hd Hm L Pac Pdc Ed Em Rendimento (%) z Zénite solar Ângulo de azimute solar Ângulo horário solar Declinação solar Hora solar local Irradiância diária por metro quadrado recebida pelos módulos do sistema (kwh/m 2 ) Irradiância mensal por metro quadrado recebida pelos módulos do sistema (kwh/m 2 ) Latitude Potência em corrente alternada (W) Potência em corrente contínua (W) Produção média diária de eletricidade fornecida pelo sistema (kwh) Produção média mensal de eletricidade fornecida pelo sistema (kwh) xv

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27 Lista de Abreviaturas e Acrónimos AC BT DC FP FV IMPA MA MPP MPPT PRI PVGIS QE km kw kwh Si a-si c-si p-si STC TIR VAL W Alternating Current Baixa Tensão Direct Current Fator de Potência Fotovoltaico/a Instituto Português do Mar e da Atmosfera Massa de Ar Maximum Power Point Maximum Power Point Tracker Período de Recuperação do Investimento Photovoltaic Geographical Information System Quando Elétrico Quilometro Quilowatt Quilowatt-hora Silício Silício Amorfo Silício Monocristalino Silício Policristalino Standard Test Conditions Taxa Interna de Rentabilidade Valor Anual Líquido Watt xvii

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29 Capítulo 1 - Introdução 1.1 Enquadramento Com o decorrer dos anos, o planeta Terra, tem sido afetado com vários problemas ambientais. As emissões relacionadas com a energia representam quase 80% das emissões de Gases Efeito de Estufa (GEE) da Europa. Devido à crescente evolução destes problemas ambientais é necessário traçar novas metas em relação às políticas energéticas, de modo a orientar os sistemas de energia para um mundo mais seguro e sustentável. De entre os sistemas de energia de fonte renovável encontra-se a energia solar fotovoltaica, que é considerada uma energia segura, sustentável, inesgotável e acessível a todos. Apesar de ser uma fonte de energia gratuita, a sua conversão para energia elétrica deve ser maximizada. Daqui resulta a necessidade de instalação de sistemas fotovoltaicos fixos e com seguimento solar. O principal objetivo deste trabalho será avaliar qual destes sistemas permite maximizar melhor, o aproveitamento da energia solar para energia elétrica. 1.2 Motivações e Objetivos Os motivos que levaram à realização deste trabalho foram adquirir e cimentar novos conhecimentos no âmbito das energias renováveis e da eficiência energética. A ação no domínio das energias renováveis e da eficiência energética, para além de combater as alterações 1

30 climáticas, contribui para a segurança do aprovisionamento energético e ajuda a limitar a dependência da energia importada, pela diversificação do meio energético. Este trabalho tem por objetivos, analisar o desempenho energético em sistemas fotovoltaicos fixos e com seguimento solar, identificar e quantificar as principais variáveis que influenciam a produção de energia elétrica e realizar a avaliação do desempenho energético dos sistemas fotovoltaicos (fixo e seguidor solar) implementados, usando informação recolhida dos inversores, por comparação com os resultados obtidos por simulação, recorrendo a aplicações informáticas credenciadas. 1.3 Estrutura da Dissertação A dissertação é constituída por mais quatro capítulos para além deste capítulo introdutório e quatro anexos. O capítulo dois apresenta uma revisão do estado da arte da energia solar fotovoltaica, painéis solares e de seguidores solares, bem com os fatores que afetam o desempenho destes sistemas. O capítulo três apresenta alguns das aplicações informáticas de simulação existentes, utilizados para estimar a produção de energia elétrica gerada por sistemas fotovoltaicos. Esta informação servirá, para selecionar qual o software se adequa melhor no momento de estimar a produção de energia dos sistemas fotovoltaicos em estudo. O capítulo quatro apresenta o caso de estudo referente aos dois sistemas fotovoltaicos: fixo e seguidor solar. Inicialmente, é feita uma análise energética através de dados reais de produção e dados simulados para os dois sistemas em separado. Seguidamente, é realizada uma análise energética comparativa entre o sistema fotovoltaico fixo e o seguidor solar. Por fim, é efetuada uma análise da viabilidade económica dos investimentos, com dados recolhidos das faturas do comercializador de energia elétrica. O capítulo cinco apresenta as conclusões desta dissertação e uma abordagem de algumas sugestões de trabalhos futuros dentro da mesma temática. O anexo A apresenta alguns procedimentos de manutenção que devem ser adotados pelo utilizador de sistemas FV de modo a evitar problemas associados ao uso dos equipamentos. 2

31 O anexo B apresenta as tabelas com os dados de produção do sistema FV fixo, ao longo dos dias 25 de julho e 11 de dezembro de 2015, e os dados de produção do seguidor solar, para os mesmos dias. O anexo C enuncia os indicadores financeiros necessários para se proceder a uma análise económica de um investimento. O anexo D apresenta as tabelas com os valores utilizados para a análise económica do sistema FV fixo e do seguidor solar. 3

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33 Capítulo 2 - Energia Solar Fotovoltaica 2.1 Enquadramento O Sol é a fonte de energia indispensável e inesgotável para a Terra. A energia solar é a energia eletromagnética emitida pelo Sol e caracteriza-se por ser uma energia limpa, renovável, abundante e de fácil acesso. Por sua vez, a energia solar é designada como um tipo de captação de energia luminosa e térmica, que posteriormente será transformada noutra forma utilizável pelo Homem. Existem dois principais modos de aproveitamento da energia solar: a energia solar fotovoltaica e a energia solar térmica. Portugal é um dos países da Europa com maior potencial de aproveitamento da energia solar. De forma a aproveitar esta energia, o nosso país, tem investido, ao longo dos anos, na exploração solar fotovoltaica. 2.2 Radiação Solar A radiação solar, medida em watt (W), consiste na energia radiante emitida pelo Sol. A intensidade com que a radiação solar chega à Terra denomina-se de irradiância e é medida em watt por metro quadrado (W/m 2 ). A radiação solar que incide na superfície terrestre durante um ano é obtida através da irradiação global anual. Esta, por sua vez, é medida em watt-hora por metro quadrado (Wh/m 2 ) [1]. 5

34 A radiação solar depende das condições atmosféricas da Terra. Num dia de céu limpo não existem condicionantes para a radiação solar atravessar a atmosfera e atingir a superfície terrestre, ao contrário do que se verifica num dia chuvoso, as nuvens que se encontram no céu condicionam a radiação solar que chega à superfície terrestre [1]. Assim, são três as formas através do qual a radiação solar, após atravessar a atmosfera, consegue atingir a superfície terrestre, como se ilustra na Figura 2.1: Radiação direta: atinge diretamente a superfície [2]. É o tipo de radiação solar que melhor contribui para a produção de eletricidade, a partir da conversão da luz solar nos módulos fotovoltaicos. Num dia solheiro, a maioria da radiação solar incidente é na forma de radiação direta [1]; Radiação difusa: é desviada em diferentes direções pelos componentes da atmosfera [2]. Esta apresenta menor contribuição para a produção de eletricidade, quando comparada com a radiação direta. Em dias nublados, toda a radiação deriva da componente difusa [1]; Radiação refletida: é refletida pelo solo e objetos circundantes [2] e posteriormente devolvida à atmosfera como radiação difusa [1]. A radiação solar varia com a latitude, estações do ano, altitude e condições locais de nebulosidade [3]. Esta, por sua vez, esta condicionada pelos fenómenos que ocorrem na atmosfera, isto é, a massa de ar (MA ou em inglês AR - Air Mass), tem efeitos na radiação solar que chega à superfície terrestre. Figura Formas de radiação solar, após atravessarem a superfície terrestre [3]. 6

35 A massa de ar define-se como sendo o comprimento relativo que a radiação solar direta percorre até atingir a superfície terrestre. A MA está relacionada com a altura a que o Sol se encontra e com o ângulo entre os raios solares e a direção vertical, ou ângulo de Zénite, e representa-se matematicamente pela equação (2.1), onde o ângulo θ z varia com a declinação solar. MA = 1 cos θ z (2.1) Quando o Sol se encontra numa posição paralela (θ z = 0 ) implica que, MA = 1. Isto indica a posição do Sol no equador ao meio-dia, na primavera ou no outono. Contudo, a MA é tanto maior quanto menor for a altura solar, resultando numa maior atenuação na energia transmitida [4]. O facto de a Terra ser curva, implica que qualquer país ou região com menor latitude apresente maiores níveis de radiação solar. A radiação solar está dependente de vários fatores, como a localização e as condições climatéricas. Atualmente existem aparelhos que medem a radiação solar, como o piranómetro, capaz de medir a radiação global, o actonógrafro, responsável pela medição e registo da radiação global, o heliógrafo que mede e regista o número de horas de insolação e o piroheliómetro, responsável por medir a radiação direta normal [5]. A Figura 2.2 evidencia que Portugal apresenta condições extremamente favoráveis para a instalação de sistemas fotovoltaicos. 7

36 Figura Radiação global anual em Portugal [6]. 2.3 Movimento da Terra A Terra apresenta um movimento de rotação em torno de si própria, isto é, roda através de um eixo imaginário que liga o Pólo Norte ao Pólo Sul durante 24 horas, aproximadamente e, um movimento de translação em torno do Sol, numa trajetória elíptica, com duração de um ano. Quando a Terra realiza o movimento de rotação em torno do Sol, o seu eixo fica inclinado em relação ao plano da órbita da Terra [7]. Cientificamente, a Terra gira em torno do Sol (estrela estática). Para uma melhor compreensão dos termos seguidamente descritos, considera-se que o Sol desloca-se, mudando a sua posição em relação à posição da Terra. A distância entre a Terra e o Sol varia ao longo do ano, o que provoca alterações na radiação incidente na superfície terrestre. 8

37 2.3.1 Declinação Solar A declinação solar (δ s ) é o ângulo formado entre o plano do equador e a reta definida pelos centros da Terra e do Sol. Nos equinócios da primavera a declinação solar é nula, isto indica que a duração do dia é igual a duração da noite. A expressão (2.2) representa a declinação solar em cada dia do ano, porém esta varia ligeiramente de ano para ano, devido a cada ano solar apresentar relativamente mais de 365 dias (cerca de 365,25 dias) [7]. δ s = 23,45 sen [360 (284 + n) ] (2.2) 365 onde, n: número do dia do ano (n = 1 no dia 1 de janeiro) Altitude, Azimute e Zénite Solar A determinação da posição do Sol é muito importante para a compreensão da radiação solar absorvida e energia produzida pelos painéis solares fotovoltaicos fixos e com sistemas de seguimento solar. A posição do sol é definida por duas coordenadas: ângulo de altitude solar (α) formado pelos raios solares com o plano horizontal, e o ângulo de azimute solar (a s ) definido como o ângulo entre a projeção horizontal dos raios solares e a direção Norte-Sul no plano horizontal. Apresenta valores positivos se o Sol estiver a Oeste do Sul, e valores negativos se estiver a Este do Sul. O ângulo de zénite solar (z), deve definir-se como sendo (z = 90 α) o ângulo entre os raios solares e a direção vertical. Os ângulos de altitude solar e azimute solar são expressos em função de três ângulos fundamentais, representados na Figura 2.3, tais como, o ângulo horário solar (h s ), depende do local e do tempo considerados, a latitude (L), depende do local, e a declinação solar, depende do dia do ano [7]. Por sua vez, o ângulo horário solar expressa-se em função da hora solar local (t s ), através da expressão (2.3), 9

38 h s = 15 (t s 12) com 0 t s 24h (2.3) A partir de relações trigonométricas, obtém-se, sen α = senl sen δ s + cos L cos δ s cos h s (2.4) sena s = cosδ s sin h s cos α (2.5) Ao meio dia solar, t s = 12h, h s = 0 e, portanto, a s = 0 e α = 90 L δ s [5]. Figura Definição de ângulo horário solar (h s), declinação solar (δ s) e latitude (L) [7]. Na Figura 2.3 P representa o ponto de localização do observador. 2.4 Painéis Fotovoltaicos Os sistemas de energia solar fotovoltaica são constituídos pelos painéis fotovoltaicos, cuja função consiste em converter a radiação solar em energia elétrica. Estes sistemas de energia 10

39 solar fotovoltaica são, atualmente, utilizados por aplicações de pequenas, médias e grandes potências. Os painéis fotovoltaicos são constituídos por conjuntos de células fotovoltaicas interligadas entre si de forma a converter a energia solar em energia elétrica. Esta conversão é feita através de efeito fotovoltaico. Os módulos são constituídos por células fotovoltaicas e, por sua vez, são interligados em série. Este conjunto de módulos interligados definem uma string. A ligação em paralelo das strings constituem um array. O gerador fotovoltaico resulta de um array ou de um conjunto de arrays Efeito Fotovoltaico As células fotovoltaicas são constituídas por uma junção p-n, considerada como uma fronteira entre uma camada com material do tipo n (negativo) e uma camada com material do tipo p (positivo) [8]. O efeito fotovoltaico origina-se através de uma célula fotovoltaica e consiste na conversão da radiação solar em energia elétrica. As células FV possibilitam este processo da seguinte forma [2]: A energia dos fotões da radiação solar excita os eletrões na zona n, fazendo com que estes se movam; Quando as células fotovoltaicas são ligadas a uma carga, os eletrões excitados começam a movimentar-se, através de passagem da corrente, a partir da zona n para a zona p; Os eletrões na zona p recombinam-se com lacunas; À medida que a radiação continua a incidir na célula fotovoltaica, mais eletrões são enviados pelo circuito, os eletrões são forçados a partir da zona p de volta à zona n através da junção p-n para continuar o processo Tipo de Células Fotovoltaicas As células fotovoltaicas ou células solaras são responsáveis pela conversão da potência associada à radiação solar em potência elétrica de corrente contínua (DC). 11

40 A conversão de energia solar em energia elétrica é realizada através de materiais como o silício (Si). Os três principais tipos de células solares são: células de silício monocristalino, células de silício policristalino e células de silício amorfo. As células de silício monocristalino (c-si) são as mais utilizadas na composição dos painéis fotovoltaicos e apresentam um rendimento máximo, em laboratório, de 24%, custo e grau de complexidade elevados. As células de silício policristalino (p-si) apresentam um custo de produção baixo, uma vez que necessitam de menos energia para o seu fabrico, e um rendimento, em laboratório, ligeiramente menor, entre os 18% e 12%. As células de silício amorfo (a-si) são as mais económicas e as de menor rendimento elétrico, uma vez que o silício amorfo consegue absorver melhor a radiação solar, em relação ao rendimento, este é cerca de 13%, em laboratório [9]. Por outro lado, estas células apresentam algumas desvantagens, como, baixa eficiência de conversão quando comparadas com as células c-si e p-si, a degradação das células e a consequente redução da eficiência ao longo dos anos [8] Modelo Elétrico O circuito elétrico, representado na Figura 2.4, define o modelo matemático simplificado de uma célula fotovoltaica. Este circuito é composto por uma fonte de corrente, um díodo e uma carga Z [4]. Figura Circuito elétrico simplificado equivalente a um díodo. A corrente I D que se fecha através do díodo é: V I D = I 0 (emv T 1) (2.6) 12

41 A corrente I que atravessa a carga é: I = I S I D (2.7) V I = I S I D = I S I 0 (emv T 1) (2.8) V T = kt q (2.9) onde, Is: fotocorrente ou corrente gerada pela radiação incidente - fotões (A) I D : corrente no díodo - junção p-n (A) I: corrente que se atravessa pela carga (A) I 0 : corrente inversa máxima de saturação do díodo (A) V: tensão aos terminais da célula (V) V T : potencial térmico ou tensão correspondente à temperatura T (V) m: factor de idealidade do díodo (díodo ideal: m = 1; díodo real: m > 1) k: constante de Boltzmann (k = 1, J/K) T: temperatura absoluta da célula em K (0 = 273,13K) q: carga elétrica do eletrão (q = 1, C) a) Curto-circuito exterior V = 0 (2.10) I D = 0 (2.11) 13

42 I = I S = I SC (2.12) O valor da corrente de curto-circuito, I SC, é uma característica da célula. Este valor é fornecido pelo fabricante para determinadas condições de radiação incidente e temperatura. b) Circuito aberto I = 0 (2.13) V OC = mv T ln (1 + I S I 0 ) (2.14) O valor da tensão em circuito-aberto, V OC, é uma característica da célula. Este valor é fornecido pelo fabricante para determinadas condições de radiação incidente e temperatura. O modelo matemático simplificado representado pelo circuito elétrico, visto anteriormente, não é uma representação rigorosa da célula fotovoltaica. Isto, porque, nas células existe uma queda de tensão, que vai desde o circuito até aos contactos exteriores, o que leva à necessidade de ser representada por uma resistência em série, R s. O mesmo para as correntes de fuga que se representam por resistências em paralelo, R p. O circuito elétrico, representado na Figura 2.5, é composto por uma fonte de corrente, um díodo, duas resistências e uma carga Z [4]. onde, R s : resistência em série Figura Circuito elétrico equivalente detalhado. 14

43 R p : resistência em paralelo A corrente I que se atravessa pela carga é: V+RsI I = I S I D I P = I S I 0 (e mv T 1) V+R si (2.15) R p Características de um Painel Fotovoltaico A curva característica corrente-tensão (I-V), apresentada na Figura 2.6, representa uma curva não linear e indica, nas condições standard (radiação 1000W/m 2 e temperatura de 25 ), a mesma forma para qualquer painel fotovoltaico. Figura Curva I-V de uma célula solar genérica [10]. Um painel fotovoltaico pode ser caracterizado pelos seguintes parâmetros [9]: Corrente de curto-circuito (I sc ): corrente máxima que um dispositivo pode produzir, correspondendo a tensão nula e potência nula; Tensão de circuito-aberto (V oc ): tensão máxima que um dispositivo pode produzir correspondendo a corrente nula e potência nula; Ponto de potência máxima (P max ): valor máximo de potência que um aparelho pode produzir, corresponde ao ponto com valor máximo na curva P-V; Corrente no ponto de máxima potência (I max ): valor de corrente para a potência máxima; Tensão no ponto de máxima potência (V max ): valor da tensão para a potência máxima. 15

44 A curva característica potência-tensão (P-V), ilustrada na Figura 2.7, mostra a potência disponível à saída do painel FV em função da tensão do painel fotovoltaico. Nesta curva existe um ponto máximo de funcionamento ou também designado ponto de máxima potência (MPP), no qual o seu valor deve estar próximo ao da potência máxima, de modo a garantir a máxima eficiência do painel. Figura Curva característica P-V de um painel fotovoltaico, adaptado [11] Influência da Radiação Solar e Temperatura Os fatores ambientais, como a temperatura e a radiação solar, estão diretamente relacionados com a produção de energia elétrica. A eletricidade produzida pelo painel fotovoltaico depende sempre destes dois fatores. Na Figura 2.8, observa-se a influência da radiação incidente nas curvas I-V e P-V e, constata-se que a radiação incidente afeta o valor da intensidade de corrente e potência produzida, isto é, à medida que se aumenta a luminosidade os valores da intensidade de corrente e potência também aumentam. Desta forma, o aumento da radiação incidente nos painéis fotovoltaicos permite atingir melhor rendimento e maior produção de energia elétrica. 16

45 Figura Influência da curva I-V e P-V com variação da radiação incidente, a uma temperatura constante de 25ºC [12]. A temperatura é um fator muito importante para o rendimento de um painel fotovoltaico. Na Figura 2.9, observa-se a influência da temperatura nas curvas I-V e P-V. Verifica-se que com o aumento da temperatura, a tensão de saída diminui, e os valores de potência também diminuem. Desta forma, conclui-se que, sempre que as temperaturas sejam superiores à temperatura normal de funcionamento, o rendimento dos painéis fotovoltaicos será inferior. Figura Influência das curvas I-V e P-V com a variação da temperatura, onde MPP representa o ponto de potência máxima, adaptado [11]. 17

46 2.4.5 Interligação de Módulos A interligação dos módulos fotovoltaicos deve ser realizada com díodos de proteção, tais como díodos de bloqueio e díodos de passagem (by-pass). Para proceder à interligação efetiva dos módulos pode-se recorrer a dois tipos de ligação, em série e em paralelo, em alguns casos verifica-se a interligação conjunta destes dois tipos de ligação. Na Figura 2.10, constata-se que na ligação em série obtêm-se maiores tensões para a mesma corrente estipulada do módulo, na ligação em paralelo obtêm-se maiores correntes para a mesma tensão estipulada do módulo [10]. Figura Ligação de células solares fotovoltaicas em série (a) e em paralelo (b), adaptado [10]. 2.5 Sistemas Fotovoltaicos Os sistemas fotovoltaicos são constituídos por um conjunto de painéis fotovoltaicos e equipamentos destinados ao armazenamento da energia produzida, tais como, baterias, inversores e reguladores de carga Baterias Equipamento responsável pelo armazenamento de energia elétrica em corrente contínua, produzida pelos módulos fotovoltaicos. 18

47 2.5.2 Inversores Equipamento responsável pela transformação de energia elétrica produzida em corrente contínua para corrente alternada (CA), de acordo com a tensão eficaz e frequência nominal da carga. Nos sistemas fotovoltaicos ligados à rede o inversor desempenha um papel muito importante, uma vez que, permite entregar à rede toda a potência que produz a cada instante. O inversor, representado na Figura 2.11, é constituído por um seguidor de máxima potência (Maximum Power Point Tracker - MPPT) com o objetivo de colocar o módulo fotovoltaico no ponto de máxima potência. A potência máxima produzida varia, ao longo do dia, com a temperatura e radiação incidente. O MPPT é definido como um conversor eletrónico DC/DC e ajusta a tensão de saída do painel de modo a que o ponto de tensão corresponda à potencia máxima [4]. Figura Inversor Kaco 18.0 TL3 [13] Reguladores de Carga Equipamento eletrónico responsável por regular a tensão das baterias, protegendo-as de sobrecargas e descargas. O regulador de carga é devidamente colocado entre o painel fotovoltaico e a bateria. Por outro lado, o regulador de carga permite parar de carregar a bateria, sempre que esta apresente valores superiores ao estipulado ou ao valor máximo admissível e, impedir que a mesma descarregue em demasia [9, 14]. 19

48 2.5.4 Tipos de Sistemas Fotovoltaicos Os sistemas fotovoltaicos podem entregar à rede a energia elétrica que produzem e alimentar cargas em rede isolada. Assim, estes sistemas são classificados em sistemas ligados à rede e em sistemas isolados ou autónomos. Os sistemas ligados à rede permitem entregar a totalidade de energia produzida pelos painéis fotovoltaicos à rede elétrica. Estes sistemas podem ser centralizados ou distribuídos. Os sistemas centralizados fornecem unicamente a energia à rede e os sistemas distribuídos fornecem a energia à rede e a cargas. Por outro lado, necessitam de pouca manutenção, uma vez que, não utilizam baterias nem reguladores de bateiras [9, 14]. Os sistemas isolados ou autónomos permitem armazenar energia, de modo a compensar as diferenças entre a produção e a procura de energia para o funcionamento dos equipamentos. São utilizados em locais onde o acesso à rede elétrica apresentam custos elevados [9]. 2.6 Seguidores Solares De forma a maximizar a captação da energia solar os seguidores solares, que servem de estrutura de suporte aos painéis fotovoltaicos, orientam a sua posição ao longo do dia em função da posição do Sol. Uma das vantagens associadas ao uso de seguidores solares é o aumento de produção de energia. Os seguidores solares para serem eficazes não necessitam de estar a apontar diretamente para o Sol. Segundo [15], a energia produzida ao longo do dia para uma instalação fixa fotovoltaica é mais baixa do que para uma instalação com um sistema de seguimento solar de dois eixos. Na Figura 2.12 constata-se que os painéis solares instalados com sistemas de seguimento solar de dois eixos recebem mais radiação solar e, consequentemente produzem mais energia durante o dia. O rendimento aumentou cerca de 40% em comparação com a instalação fixa de painéis solares. Verifica-se, ainda, que na instalação fixa há uma evolução gradual de energia, isto é, aumenta gradualmente até atingir um pico, por volta do meio-dia e, em seguida, volta a diminuir gradualmente. Por outro lado, na curva a verde verifica-se que a produção de energia aproximase da potência máxima desde o início da manhã, mantendo-se, assim, até ao final da tarde. 20

49 Figura Comparação da energia produzida entre um sistema fixo e um sistema de seguimento de 2 eixos, adaptado [15]. Os seguidores solares podem ser classificados quanto à forma como estão estruturados e quanto ao número de eixos de rotação. Assim, os seguidores solares podem ser de dois tipos, passivos e ativos [16] Seguidores Passivos Os seguidores solares passivos baseiam-se no deslocamento de um fluido do tipo Freon. Este fluido, normalmente na forma gasosa, é aquecido pela energia solar e varia em função da temperatura. O aumento da temperatura está associado ao aumento do volume do gás, variando de forma proporcional, isto implica que, sempre que se verifique um aumento da temperatura, o volume do gás também vai aumentar, levando a que os painéis solares se orientem em função da posição do Sol ao longo do dia, como se ilustra na Figura 2.13 [5]. 21

50 Figura Mecanismo de funcionamento do sistema de seguimento solar passivo [16] Seguidores Ativos Os seguidores solares ativos são sistemas mecânicos que usam como recurso a energia elétrica. Este tipo de seguimento solar utiliza sensores ou algoritmos baseados no movimento do Sol, ao longo do dia. Em relação ao movimento do eixo, estes seguidores solares classificamse como: seguidor polar de eixo único, seguidor de eixo horizontal, seguidor de eixo vertical e seguidores de dois eixos [5] Seguidor Polar de Eixo Único Este tipo de seguidor baseia-se num único eixo fixo a um ângulo, que normalmente representa a latitude do local da instalação e, em dois sentidos de rotação, Norte-Sul (N-S), como se ilustra na Figura A rotação do eixo é realizada em função da direção dos raios solares, com o objetivo de garantir que o painel fotovoltaico fique perpendicular ao Sol, nos equinócios da primavera e outono. Nos restantes dias do ano, verão e outono, existe uma pequena margem para erros, devido ao modo de incidência da radiação solar [17]. 22

51 Contudo, estes seguidores são mais simples e mais eficientes quando comparados com sistemas fotovoltaicos fixos. Por outro lado, este sistema de seguimento solar representa uma produção próxima dos 95% em relação a um sistema de seguimento a dois eixos [18]. Figura Modelo de um seguidor polar de eixo único [19] Seguidor de Eixo Horizontal O seguidor de eixo horizontal roda sobre um eixo horizontal N-S e Este-Oeste (E-W), como se ilustra na Figura 2.15 e, tem como objetivo ajustar a posição do painel através do seguimento sazonal do Sol. A instalação do painel é realizada paralelamente ao eixo de rotação. Estes seguidores caracterizam-se por serem muito simples, com uma instalação muito económica e que necessitam de pouca manutenção. Ao mesmo tempo, são capazes de suportar um grande número de painéis de forma a aumentar a eficiência do sistema [17]. 23

52 Figura Modelo de um seguidor de eixo horizontal [19] Seguidor de Eixo Vertical ou de Azimute O seguidor de eixo vertical, representado na Figura 2.16, baseia-se num eixo vertical que roda através de uma base fixa, de modo a que o azimute da superfície do painel fotovoltaico (com inclinação constante) esteja sempre de acordo com o azimute do Sol. Este tipo de seguidor consegue absorver mais 4% de radiação do que um seguidor polar e menos 7% de radiação que um seguidor de dois eixos, estes factos, indicam que este tipo de seguidor é mais robusto, apresenta maior facilidade de implementação e é, atualmente, o mais utilizado [17]. Figura Modelo de um seguidor de eixo vertical ou de azimute [19]. 24

53 Seguidor de dois Eixos Os seguidores de dois eixos apresentam um eixo de rotação E-W e um eixo de rotação N-S, como se ilustra na Figura Deste modo, o seguidor solar de dois eixos segue a posição do Sol diariamente e em qualquer estação do ano, sempre com um posicionamento ótimo em relação ao Sol, isto é, com a superfície recetora do seguidor solar perpendicular ao Sol, de modo a rentabilizar ao máximo a captação de energia solar [18]. O facto de apresentarem dois eixos de rotação implica que o sistema seja mais complexo e mais caro em termos de aquisição e manutenção. Este tipo de seguidor pode subdividir-se em três tipos, tais como, seguidor polar de dois eixos, seguidor de plataforma rotativa de dois eixos e seguidor de trajetórias paralelas [17]. Figura Modelo de um seguidor solar de dois eixos [19] Seguidor Polar de dois Eixos Este seguimento consiste num poste vertical com um eixo de rotação E-W e num poste horizontal com um eixo de rotação N-S. Atualmente, estes seguidores são os mais comuns e os mais versáteis, uma vez que, são utilizados em parques fotovoltaicos e instalações de pequenas e grandes dimensões [17]. 25

54 Seguidor de Plataforma Rotativa de dois Eixos É um tipo de seguidor robusto e consegue, simultaneamente, coordenar um elevado número de painéis, por outro lado, necessita de mais manutenção. Em relação à sua constituição, este é constituído por uma plataforma sobre o qual o painel irá rodar, de modo a seguir os movimentos do Sol, nos sentidos E-W e N-S. O seguimento N-S utiliza um eixo hidráulico de modo a variar a inclinação do painel [17] Seguidor de Trajetórias Paralelas Estes tipos de seguidores são usualmente utilizados em telhados de edifícios e fachadas e, baseia-se em trajetórias paralelas que exige um estudo muito complexo. Por outro lado, este mecanismo encontra-se pouco desenvolvido e pouco utilizado no terreno, mas tem como objetivo reduzir a complexidade do sistema em termos de número e de componentes necessários para a instalação e melhorar o rendimento do seguidor solar. Os elementos utilizados para a construção deste sistema são muito simples e necessitam de pouca manutenção [20]. 2.7 Sistemas de Controlo para Seguidores Solares O controlo de um sistema de seguimento solar pode ser efetuado em malha aberta ou em malha fechada, com auxílio de sensores ou algoritmos baseados na determinação da posição do Sol. O controlo em malha aberta é definido como um sistema que não possui realimentação, isto é, a entrada não depende da saída. O controlo em malha fechada necessita de uma realimentação, ou seja, é necessário conhecer a saída, compará-la com um valor de referência e corrigir a saída, caso esta apresente valores diferentes dos pré-definidos. Os principais sistemas de seguimento baseiam-se em dois tipos de controlo: controlo com sensores e sem sensores [21]. 26

55 2.7.1 Seguimento com Sensores Com o objetivo de determinar a posição do sol, estes seguidores utilizam foto-sensores, foto-transístores e foto-díodos [21, 22] Seguimento com Foto-Sensores O seguimento através de foto-sensores é realizado em malha fechada. O princípio de funcionamento deste tipo de seguimento consiste na colocação de foto-sensores nos extremos do painel fotovoltaico, com o objetivo de verificar variações do valor obtido pelos sensores, segundo a variação da incidência da radiação solar. Quando se verifica uma diferença nos valores apresentados pelos sensores, significa que o ângulo de incidência do Sol não se encontra perpendicular ao painel, levando ao acionamento dos atuadores, de modo a que o seguidor solar fotovoltaico rode em função da posição correta [22] Seguimento com Visão Artificial De forma a determinar a posição do Sol, este tipo de seguimento consiste no uso de câmaras de filmar e, por sua vez, no uso de algoritmos mais complexos. O princípio de funcionamento deste tipo de seguimento consiste, inicialmente, por definir um ponto central no campo de visão da câmara de filmar e, seguidamente, o algoritmo irá manter o Sol centrado nesse ponto. O objetivo deste seguimento solar consiste em controlar a posição do Sol segundo um ponto de referência. Este seguimento apresenta grande resolução e precisão, insensibilidade ao ruido, sujidade e outras causas de degradação, grande número de algoritmos de deteção e identificação e uma grande visão periférica. Por outro lado, como qualquer sistema de seguimento, também apresenta desvantagens, como, maiores cuidados para proteger a câmara de modo a evitar que esta se danifique ou sature [5]. 27

56 2.7.2 Seguimento sem Sensores O seguimento sem sensores é realizado em malha aberta, através do uso de algoritmos, de modo a calcular as coordenadas solares. Existem alguns grupos de algoritmos que podem ser utilizados neste tipo de seguimento, que dependem, principalmente, da complexidade de implementação. O primeiro grupo utiliza expressões simples, onde apenas é necessário saber o dia do ano. O segundo grupo calcula a posição precisa do Sol, através do conhecimento da latitude, longitude e horário da localização do painel solar, sendo traduzidas em coordenadas solares, como azimute solar e altura solar. Recentemente, surgiu na literatura, um novo grupo designado SPA (Solar Position Algorithm), baseado num algoritmo mais preciso ao nível do posicionamento solar. O algoritmo SPA tem como objetivo determinar a posição do Sol através da utilização de um ou mais painéis fotovoltaicos e realizar o seguimento solar numa determinada zona. A determinação deste algoritmo requer fórmulas matemáticas complexas baseadas na ciência astronómica [23]. 2.8 Fatores que Influenciam o Desempenho dos Sistemas FV Recurso Solar e Irradiância A disponibilidade do recurso solar é muito importante, na medida em que determina o sucesso de qualquer instalação fotovoltaica. Se a instalação estiver bem concebida, com a correta orientação dos seguidores solares e se as condições meteorológicas forem as mais favoráveis então a produção fotovoltaica será mais favorável e eficiente. Outro fator importante a analisar e que contribui para o desempenho de um seguidor solar é a irradiância, esta definese como a energia recebida por unidade de área e unidade de tempo [18] Sujidade A sujidade é um fator muito importante no que se refere ao desempenho do seguidor solar. A acumulação de terra e folhas nos módulos fotovoltaicos irá provocar menor incidência de radiação solar no painel FV e consequentemente menor produção de energia elétrica. Um 28

57 dos aspetos com maior importância na manutenção é a limpeza da superfície dos módulos fotovoltaicos. Segundo [24], as perdas por sujidade nos módulos podem representar cerca de 70% das perdas totais. Estas perdas, devido à sujidade, dependem da localização em que se encontram os painéis, com sistemas de seguimento solar Temperatura e ação do vento Estando as células fotovoltaicas expostas aos raios solares, a tendência é, com o decorrer do dia, aquecerem, daí a importância do fator temperatura. Uma parte da incidência solar absorvida não se transforma em energia elétrica, mas dissipa-se em forma de calor [25]. O aumento da temperatura ambiente implica uma diminuição da tensão de saída e da potência do painel fotovoltaico. A temperatura dos módulos fotovoltaicos é proporcional à temperatura ambiente e à irradiância no plano e depende da velocidade e direção do vento e humidade do ar [24]. Segundo [26] a circulação do vento numa central fotovoltaica está condicionada pela presença dos próprios seguidores solares. A redução da ação do vento da periferia para o interior de uma central fotovoltaica é condicionada essencialmente pela densidade (razão entre a área que os seguidores ocupam e a área total da central) e a disposição relativa dos seguidores solares Sombreamento O sombreamento de módulos fotovoltaicos tem como consequências perdas no sistema solar fotovoltaico. A existência de um módulo sombreado implica menor desempenho. Este sombreamento que resulta em perdas não está, sempre, relacionado com condições meteorológicas, isto é, em alguns casos a própria disposição das filas em que se encontram os módulos inclinados acaba por provocar o sombreamento das filas seguintes, isto se as filas estiverem muito próximas umas das outras. Uma maneira de evitar estas perdas adicionais é afastar os módulos entre si [24, 27]. A distância entre fileiras é um parâmetro muito importante que influencia diretamente o rendimento dos sistemas fotovoltaicos. Esta distância, D, pode ser calculada pela expressão (2.16): 29

58 D = L (cosα + senα tgβ ) (2.16) onde, L: comprimento do módulo fotovoltaico; α: inclinação do módulo; β: ângulo da altura mínima do sol. A Figura 2.18, representa um esquema de montagem dos painéis FV, tendo em conta a distância entre fileiras. O ângulo da altura mínima do sol no solstício de inverno, determina o afastamento máximo entre fileiras, de modo a evitar o afastamento entre as mesmas. Figura Distância entre fileiras, adaptado [24] Avarias e desgaste nos equipamentos Existem avarias nos seguidores solares que afetam normalmente as células fotovoltaicas. Acontecimentos como infiltrações de água no seguidor provocam o curto-circuito ou quebra de células fotovoltaicas. Quando existe quebra de células, dá-se a interligação da série de células e, consequentemente, o seguidor, passa a estar em circuito aberto, isto é, o conjunto de módulos fotovoltaicos deixa de estar conectado ao sistema. Uma forma de evitar este problema é a utilização de painéis díodos de by-pass, que têm com objetivo retirar as células 30

59 de serviço, fazendo passar a corrente de um conjunto de células para outras sem que esta passe pelas que estão avariadas [28]. Problemas de isolamento acontecem na maioria dos casos por deterioração do invólucro do painel do seguidor solar devido a falhas mecânicas, produzidas por envelhecimento, vibrações, exposição a raios ultravioleta, uso prolongado e exposição a descargas atmosféricas (sobretensões). Estes problemas de isolamento resultam nos problemas mais comuns, correntes de curto-circuito [24]. Além das avarias, os equipamentos também estão sujeitos ao desgaste. Este resulta de uma reação física ou química da carga interna do equipamento e, ocorre devido à: Idade; Fadiga; Corrosão; Deformação. Por outro lado, além destes fatores que influenciam o desempenho dos sistemas fotovoltaicos existem outros procedimentos que devem ser tomados de modo a evitar problemas associados ao uso dos equipamentos dos sistemas fotovoltaicos. Estes procedimentos poder ser vistos com mais detalhe no Anexo A. 2.9 Conclusões Para uma melhor compreensão dos sistemas fotovoltaicos disponíveis no mercado, ao longo deste capítulo foi apresentada informação relativa à energia solar fotovoltaica, aos painéis fotovoltaicos e de que modo a temperatura ambiente e a radiação incidente influenciam o rendimento dos mesmos. Foram abordados os principais tipos de seguidores solares existentes e respetivos métodos de seguimento solar. Por fim, referiram-se quais os fatores que afetam o desempenho energético dos sistemas fotovoltaicos. 31

60 O objetivo principal foi o de compreender quais os parâmetros e características envolvidas nos diferentes sistemas fotovoltaicos existentes (fixo e seguidor solar), para numa fase posterior proceder à sua análise e avaliação quantitativa. 32

61 Capítulo 3 - Software de Simulação de Sistemas Fotovoltaicos 3.1 Enquadramento Atualmente, são vários os software existentes de simulação para estimar a produção de energia elétrica a partir da conversão fotovoltaica. Dependendo da escolha do software, adequada a cada situação, geralmente estes visam projetar, dimensionar e simular um sistema fotovoltaico. Por sua vez, estes programas informáticos são essenciais para avaliar a configuração de um sistema, observar os efeitos da alteração de parâmetros de operação e, estimar antecipadamente o desempenho do sistema, com alguma precisão. Na maioria das aplicações informáticas é necessário que o utilizador tenha em conta os seguintes passos, de modo a obter uma simulação mais precisa: Definir a configuração do sistema a simular; Selecionar o local da instalação. Em relação à base de dados meteorológicos, este trabalho é facilitado ao utilizador, devido a estes simuladores apresentarem uma extensa base de dados meteorológicos de todo o mundo. De modo a compreender o funcionamento das aplicações informáticas existentes, de seguida realiza-se uma breve abordagem sobre os mesmos. Posteriormente, será selecionado o software, de acordo com as características dos sistemas fotovoltaicos, do caso de estudo, 33

62 analisados no capítulo seguinte, mais adequado para a realização de uma simulação de produção de energia elétrica. 3.2 Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) O software PVGIS permite estimar a produção de energia solar de um sistema fotovoltaico, fixo e com seguimento solar, na Europa, África e Sudoeste da Ásia. Permite calcular a geração de energia elétrica diária, mensal e anual em kwh, através de inclinação e orientação pré-definida. A aplicação permite ao utilizador escolher: Localização do sistema fotovoltaico; Tipo de módulos (Silício cristalino ou de película fina); Potência nominal do sistema fotovoltaico (potência de pico dos painéis fotovoltaicos); Estimativa de perdas do sistema; Inclinação dos módulos fotovoltaicos; Azimute dos módulos fotovoltaicos. Após preenchimento de todos os campos, gera dados de energia elétrica e irradiação, segundo uma inclinação ótima e azimute escolhido ou inclinação escolhida pelo utilizador e azimute ótimo [29]. 3.3 Photovoltaic System (PVSyst) É um software de simulação fotovoltaica, em constante desenvolvimento pela Universidade de Genebra na Suíça, que permite estudar, dimensionar e simular um sistema fotovoltaico, com precisão em horas. Além disso, é das aplicações informáticas mais completas e mais utilizadas, atualmente. Este software permite realizar diversas tarefas, como: Estudo da estimativa de produção de energia; Conceção do projeto, estudo detalhado, dimensionamento e simulação horária; Dados meteorológicos e de componentes (base de dados); 34

63 Ferramenta 3D, que tem em conta as limitações de objetos que possam criar sombras sobre os painéis fotovoltaicos; Comparação de resultados obtidos por simulação e medidos. Além disso, é composto por ferramentas especializadas, importantes para a avaliação de perdas, desfasamento entre módulos, sujidade, comportamento térmico de acordo com a montagem dos painéis, indisponibilidade do sistema [30]. 3.4 System Advisor Model (SAM) Este software foi desenvolvido pelo NREL (National Renewable Energy Laboratory) em conjunto a Sandia National Laboratory em 2005 e permite analisar o desempenho e calcular o custo e estimativas de energia, para sistemas ligados à rede, com base em parâmetros, como: Localidade; Dados meteorológicos; Tipos de células; Custos de instalação e funcionamento; Financiamento. Desta forma, é possível analisar, detalhadamente ou de modo geral, as caraterísticas de desempenho do sistema através da visualização de tabelas e gráficos ou através da produção total do sistema [31]. 3.5 Photovoltaic Software PV*SOL Software de simulação dinâmica com visualização 3D para a conceção e otimização de sistemas fotovoltaicos, que permite uma análise com sombreamento detalhado de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica ou montado integrado no telhado, com sistemas de armazenamento. A visualização em 3D fornece informações detalhadas de sombras em vários momentos do dia e do ano e, sobre a probabilidade de redução de rendimento. Além disso, prevê a temperatura do módulo e a temperatura exterior [32]. 35

64 3.6 Polysun Simulation Software Software de simulação ideal para projetos de sistemas solares térmicos, fotovoltaicos, bombas de calor e sistemas combinados. Por sua vez, permite realizar: Simulações múltiplas e estudos automáticos de sensibilidade; Comparação facilitada entre as fontes de energia convencionais e renováveis; Simulação de módulos fotovoltaicos. Esta ferramenta permite prever o rendimento de um sistema, através da inclusão de dados meteorológicos do mundo inteiro e de sombreamento topológico, tornando, assim, este programa seguro e confiável para os utilizadores [33]. 3.7 Software RETScreen Clean Energy Management (RETScreen) Software de gestão de energia limpa desenvolvido pelo governo do Canadá, que permite analisar projetos de energia limpa, baseado no Excel. Tem como objetivo principal ajudar a determinar a viabilidade técnica e económica da implementação de energia renovável, eficiência energética e produção combinada de energia elétrica e calor. Deste modo, visa criar modelos de projetos de energia convencional e compará-los com alternativas mais limpas. Contudo, inclui uma análise energética, análise de custos, análise de emissões, análise financeira e análise de sensibilidade/risco [34]. 3.8 Comparação entre Software Segundo [35], os dados de energia elétrica estimados através do software PV*SOL, nos meses de janeiro, fevereiro e março, aproximam-se dos valores reais de energia elétrica produzida, enquanto que nos meses quentes onde existe maior radiação é o simulador PVGIS que faz uma estimativa mais precisa. 36

65 Por outro lado, segundo [35], o software SAM é o simulador que mais se aproxima dos dados reais de produção de energia elétrica, apresentando um erro de 1,22%. Os simuladores PVGIS e PV*SOL mensalmente são mais precisos, mas no total estão muito distantes do valor real de energia elétrica produzida pelo sistema FV (12,33% e 47,50%, respetivamente). É necessário que o utilizador destas aplicações informáticas tenha em conta estas discrepâncias de energia elétrica estimada e de energia elétrica, efetivamente, obtida pelo sistema FV, para que não se crie expetativas de lucro resultantes da venda de energia que não se vêm a verificar, podendo originar um mau investimento. 3.9 Conclusões Após uma revisão bibliográfica, detalhada, das aplicações informáticas existentes, considerou-se o software PVGIS, por ser o mais adequado às características dos sistemas fotovoltaicos: fixo e seguidor solar, analisados no capítulo seguinte. É importante que o utilizador destas aplicações informáticas, tenha em conta, que todas as ações são executadas sobre o modelo e não sobre o sistema em si, pelo que os resultados de uma simulação serão uma aproximação do verdadeiro comportamento do sistema. A diferença entre os valores simulados e reais do sistema, dependem da precisão e da incerteza admissível associada aos resultados obtidos. Por fim, o uso das aplicações de simulação são uma boa escolha para o utilizador, uma vez que permitem obter uma avaliação da configuração do sistema, uma observação dos efeitos da alteração dos seus parâmetros e uma estimativa do seu desempenho. 37

66 38

67 Capítulo 4 - Caso de Estudo 4.1 Enquadramento As instalações fotovoltaicas estudadas nesta dissertação e que servirão como caso de estudo referem-se a dois tipos de sistemas fotovoltaicos: fixo e seguidor solar. Estes sistemas fotovoltaicos localizam-se no Norte de Portugal Continental e encontram-se a 42km de distância, um do outro. Os dados reais de produção de cada sistema FV são recolhidos através da informação disponibilizada nos inversores e das faturas de energia elétrica do comercializador. Cada inversor recolhe os dados de produção, num intervalo de registo, de 5 em 5 minutos. Normalmente, nos dias de verão o inversor recolhe os dados, num período temporal, das 06:00h às 21:30h e nos dias de outono das 8:00h às 17:00h. O sistema fotovoltaico fixo começou a operar em abril de 2013 e o sistema fotovoltaico com seguimento solar em setembro de Os dados recolhidos vão desde o início de operação de cada instalação até ao mês de abril de Com o intuito de verificar se existem diferenças significativas de produção entre os dois sistemas fotovoltaicos, são analisados separadamente os dois sistemas e, no final, procede-se à sua comparação. Para este efeito, foram recolhidos dados de produção diária, mensal e anual de ambos os sistemas. 39

68 Por fim, é ainda feita uma análise através do software de simulação PVGIS, com o objetivo de determinar a produção elétrica gerada para a rede pelos sistemas fotovoltaicos em estudo e, comparar essa produção gerada pelo software com a produção real, obtida pelos sistemas FV. 4.2 Sistema Fotovoltaico Fixo Descrição do Sistema Este sistema localiza-se na Zona Industrial de Vila Real e, é constituído por 90 painéis solares fotovoltaicos de potência de pico de 230W. Representa um sistema trifásico com potência instalada de 20,70kW. As características dos painéis, em condições STC (Standard Test Conditions), encontram-se descritas na Tabela 4.1. Tabela Características dos painéis solares fotovoltaicos LW230. LW230 STC: AM=1,5; 1000W/m 2 ; 25. Marca Modelo LW230(29) P1650x990 Tipo de Células p-si Potência Máxima, Pmáx (W) 230 Tensão à Potência Máxima, VMP (V) 29,2 Corrente à Potência Máxima, IMP (A) 7,87 Tensão em Circuito Aberto, VOC (V) 36,6 Corrente de Curto-Circuito, ISC (A) 8,38 Eficiência (%) 14,08 Temperatura ( ) 40~ + 85 Classe A Tolerância (W) 0, +5 40

69 Este sistema FV é constituído por dois inversores, com características, segundo o fabricante, descritas na Tabela 4.2. Tabela Características do Inversor Kaco 12.0 TL3 INT. Kaco 12.0 TL3 INT Marca Eficiência (%) 98 Potência Nominal (kw) 10 Potência Pico (kwp) 12 Potência Máxima (kva) 10 Tensão Máxima (V) 1000 Intensidade Máxima (A) 18,6 Intervalo de operação MPP (V) Entradas MPP 2 Monitoramento de Rede 3-Phase Protocolos de Comunicações Ethernet, USB, RS485, S Esquema de Ligação do Sistema Na Figura 4.1 apresenta-se um esquema de ligações entre os painéis fotovoltaicos, os inversores e o quadro elétrico. Nesta instalação, estão ligadas duas strings em paralelo por cada inversor. Cada uma das quatro strings está ligada a um determinado número de painéis fotovoltaicos: String 1, String 2: 23 painéis (5290W); String 3, String 4: 22 painéis (5060W). 41

70 2 strings em paralelo 2 strings em paralelo Séries de 23 módulos 230W Séries de 22 módulos 230W Inversor 1 ~ 12kWp ~ Inversor 2 12kWp QE Rede de BT do Comercializador de Energia Figura Esquema de ligação entre painéis fotovoltaicos, inversores e quadro elétrico Estrutura dos Inversores do Sistema Os inversores são fundamentais como componentes de uma instalação fotovoltaica. De modo a compreender melhor as ligações e funcionamento de uma instalação fotovoltaica com dois seguidores, a Figura 4.2 ilustra um esquema dessa mesma ligação. 42

71 Gerador Fotovoltaico Gerador Fotovoltaico ~ Inversor com Interruptor de Corte DC ~ Inversor com Interruptor de Corte DC Proteção Proteção Consumidor Contador de Referência kwh kwh Contador de Energia Elétrica Interruptor Principal Interruptor Principal Seletivo Ponto de Entrega da Energia Elétrica na Rede Pública Figura Esquema de ligação de uma instalação com dois inversores Análise de Parâmetros do Sistema Os dados enunciados, seguidamente, referem-se aos dados recolhidos apenas do inversor 1, com séries de 23 módulos de 230W, do sistema fotovoltaico fixo. As diferenças de produção de energia elétrica entre o inversor 1 e 2 referem-se apenas ao número de painéis FV ligados a cada inversor. Apesar da informação recolhida ter sido apenas do inversor 1, os valores apresentados referem-se à totalidade do sistema FV fixo. 43

72 Distribuição Anual FV. A Tabela 4.3 apresenta os valores reais de energia elétrica anual produzida pelo sistema Tabela Energia elétrica anual produzida pelo do sistema FV. Energia produzida (kwh) Meses Média janeiro 483,0 863,0 472,0 606,0 fevereiro 645,0 983,0 887,0 838,3 março 1289,0 1586,0 1268,0 1381,0 abril 1270,0 1309,0 1309,0 1261,0 1287,3 maio 1581,0 1637,0 1627,0 1615,0 junho 1580,0 1513,0 1552,0 1548,3 julho 1668,0 1657,0 1680,0 1668,3 agosto 1778,0 1598,0 1608,0 1661,3 setembro 1533,0 1279,0 1514,0 1442,0 outubro 1082,0 1100,0 1006,0 1062,7 novembro 1062,0 553,0 827,0 814,0 dezembro 722,0 801,0 532,0 685,0 Total 13864, ,0 A Figura 4.3 evidencia a distribuição, ao longo dos anos, da energia produzida pelo sistema. Através da análise global do gráfico, verifica-se que, na generalidade dos anos, o mês de julho foi o mês em que se produziu mais e, o mês de janeiro o mês em que o sistema produziu menos. No entanto, também se verifica que o ano de 2015, foi o melhor ano de produção de energia elétrica. Nos primeiros quatro meses do ano de 2016, o inversor 1 do sistema FV produziu menos do que no ano anterior, isto porque, o ano de 2016 tem apresentado um início de ano atípico, com características menos comuns, o que influencia diretamente a produção do sistema. 44

73 Energia (kwh) Meses Média Figura Distribuição da energia elétrica anual produzida pelo sistema FV Distribuição Mensal Para o estudo da distribuição mensal de energia elétrica produzida pelo inversor 1 do sistema, considera-se o ano de 2015, visto anteriormente, como sendo o melhor ano de produção. Para tal, foram analisados os meses em que o sistema produziu mais e menos, de modo a compreender e analisar as variações de energia produzida ao longo do mês. A Tabela 4.4 representa os valores reais de energia mensal produzida pelo inversor 1 do sistema, para os meses de julho e dezembro do ano Por outro lado, na Tabela 4.4 observase, ainda, a variação da média face ao valor máximo de energia produzida nesses meses e, a variação do valor mínimo de energia elétrica produzida pelo sistema face ao valor máximo, para os mesmos meses. Estas variações têm como referência o valor máximo. Assim, verificase que em julho existe uma variação de 12,6% da média em relação ao valor máximo estipulada para esse mês, enquanto que no mês de dezembro essa variação é de 61,8%. Em relação à diferença percentual do valor mínimo e máximo de cada mês, verifica-se que em julho essa variação é de 42,0% enquanto que em dezembro, atinge valores muito superiores, cerca de 95,6%. 45

74 Tabela Energia mensal produzida pelo sistema, nos meses de julho e dezembro de Dia Energia Elétrica Produzida (kwh) julho dezembro 1 36,0 15,0 2 58,0 35,0 3 59,0 36,0 4 55,0 21,0 5 58,0 41,0 6 57,0 21,0 7 56,0 7,0 8 56,0 18,0 9 58,0 3, ,0 5, ,0 3, ,0 3, ,0 3, ,0 9, ,0 21, ,0 25, ,0 18, ,0 7, ,0 10, ,0 16, ,0 45, ,0 5, ,0 5, ,0 12, ,0 27, ,0 30, ,0 32, ,0 2, ,0 41, ,0 4, ,0 12,0 Média 54,2 17,2 Variação Média/Max 12,6 61,8 (%) Variação Min/Max (%) 42,0 95,6 46

75 Energia (kwh) Analisando mais em pormenor, pode-se concluir, através da análise da Figura 4.4, que no mês de julho, nos dias 17 e 24, a energia produzida atingiu o valor mais baixo. Segundo o Instituto Português do Mar e da Atmosfera (IPMA), as condições meteorológicas para estes dias foram de períodos de muita nebulosidade e períodos de chuva fraca ou aguaceiros, que no dia 17 foram acompanhados por trovoadas durante a tarde. Estas condições meteorológicas influenciaram diretamente o desempenho do sistema, provocando, assim, uma descida de produção, nestes dias. No mês de dezembro, verifica-se que houve uma diminuição de produção de energia elétrica quando comparada com ao mês de julho, por outro lado, este mês apresenta mais variações de energia ao longo do mês Dias julho média julho dezembro média dezembro Figura Distribuição da energia mensal produzida, dos meses de julho e dezembro de Seguidamente, apresenta-se a média de energia mensal produzida, ao longo dos anos em análise, em que os valores se encontram descritos na Tabela

76 Energia (kwh) Tabela Média mensal de produção de energia elétrica do sistema. Média Mensal de Energia Elétrica (kwh) Meses janeiro 15,6 27,8 15,2 fevereiro 23,0 35,1 30,6 março 41,6 51,2 40,9 abril 48,8 43,6 43,6 42,0 maio 51,0 52,8 52,5 junho 52,7 50,4 51,7 julho 53,8 53,5 54,2 agosto 57,4 51,5 51,9 setembro 51,1 42,6 50,5 outubro 34,9 35,5 32,5 novembro 35,4 18,4 27,6 dezembro 23,3 25,8 17,2 Total 408,4 454,5 495,7 128,7 Através da análise da Figura 4.5, verifica-se que a energia elétrica média mensal, para os meses de maio, junho e julho dos diferentes anos, não varia muito, sendo estes valores, praticamente, semelhantes. Para o mês de abril, verifica-se que a energia média mensal diminui, ao longo dos anos. Em 2015, os meses de janeiro, fevereiro e março apresentam uma diferença muito significativa de produção de energia elétrica em relação aos restantes anos Meses Figura Distribuição da média da energia mensal produzida, ao longo dos anos. 48

77 06:18:26 06:48:50 07:19:14 07:49:38 08:20:02 08:50:26 09:20:50 09:51:14 10:21:38 10:52:02 11:22:27 11:52:51 12:23:15 12:53:39 13:24:03 13:54:27 14:24:51 14:55:15 15:25:39 15:56:03 16:26:27 16:56:51 17:27:15 17:57:39 18:28:04 18:58:28 19:28:52 19:59:16 20:29:40 21:00:04 Potência (kw) Distribuição Diária Para a análise do comportamento do sistema ao longo dos dias, foram selecionados dois dias do ano de 2015 (25 de julho e 11 de dezembro). Estes dias correspondem aos meses em que o sistema produziu mais e menos, como se verificou anteriormente. Os dados de todos os parâmetros do sistema enunciados seguidamente, encontram-se descritos em folhas de cálculo no Anexo B. De seguida são analisadas algumas grandezas relevantes Potência Elétrica A Figura 4.6 representa a distribuição das potências do sistema ao longo dia 25 de julho, um dia típico de verão. Valores de Pdc1 e Pdc2 representam a potência em corrente contínua em cada MPP. A potência em corrente contínua (Pdc) é a soma das potências Pdc1 e Pdc2. A diferença entre Pdc1 e Pdc2 reside no facto de a cada MPP estarem ligados diferentes números de painéis FV. Os valores de Pdc são ligeiramente superiores aos valores de potência em corrente alternada (Pac), como seria de esperar. A potência em corrente alternada representa a soma da potência em cada fase do sistema Horas Pdc1 Pdc2 Pdc Pac Figura Distribuição das potências ao longo do dia 25 de julho de A Figura 4.7 representa a distribuição das potências ao longo do dia 11 de dezembro. Como se trata de um dia de outono, constituído, maioritariamente, por nuvens (radiação difusa) 49

78 07:58:45 08:19:01 08:39:17 08:59:33 09:19:49 09:40:06 10:00:22 10:20:38 10:40:54 11:01:10 11:21:26 11:41:42 12:01:58 12:22:14 12:42:30 13:02:46 13:23:02 13:43:18 14:03:34 14:23:50 14:44:06 15:04:23 15:24:39 15:44:55 16:05:11 16:25:27 16:45:43 Potência (W) verifica-se que, em relação ao dia 25 de julho, capta menos horas de sol. Os valores de Pac são ligeiramente inferiores do que os de Pdc Horas Pdc1 Pdc2 Pdc Pac Figura Distribuição das potências ao longo do dia 11 de dezembro de Fator de Potência no Inversor O fator de potência (FP), em corrente alternada, é definido pela razão entre a potência real e a potência total teórica do sistema e, é dado pela expressão (4.1): FP = P ac P tac = cosφ (4.1) O fator de potência apresenta valores entre 0 e 1. Quanto maior for o fator de potência melhor será o rendimento do sistema. Este valor foi calculado para os dois dias dos meses, referidos anteriormente. Através da análise da Figura 4.8 verifica-se que o sistema, no dia 25 de julho, apresenta um fator de potência unitário. No dia 11 de dezembro, o mesmo não se verifica, podendo observar-se um fator de potência que não ultrapassa o valor de 0,82 durante a maior parte do tempo em que há produção de energia elétrica. 50

79 06:38:42 07:09:06 07:39:30 08:09:54 08:40:18 09:10:42 09:41:06 10:11:30 10:41:54 11:12:19 11:42:43 12:13:07 12:43:31 13:13:55 13:44:19 14:14:43 14:45:07 15:15:31 15:45:55 16:16:19 16:46:43 17:17:07 17:47:31 18:17:56 18:48:20 19:18:44 19:49:08 20:19:32 20:49:56 cos φ 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Horas 25/07/ /12/2015 Figura Distribuição do fator de potência ao longo dos dias, 25 de julho e 11 de dezembro de Rendimento do Inversor O rendimento do sistema é definido pela relação entre a potência fornecida à rede em AC e a potência fornecida pelo gerador fotovoltaico em DC. Por sua vez, pode ser calculado segundo a expressão matemática (4.2): η = P ac P dc 100 (4.2) O rendimento foi calculado para os dois dias dos meses do ano de 2015 (julho e dezembro). Através da análise da Figura 4.9, no dia 25 de julho, o sistema apresenta um rendimento, entre as 10:26h até às 18:12h, cerca de 99%, ou seja, para este dia o inversor está a operar com um rendimento muito elevado. Para o dia 11 de dezembro, o mesmo não se verificou, isto devido, maioritariamente, às condições do estado do tempo. 51

80 06:18:26 06:53:54 07:29:22 08:04:50 08:40:18 09:15:46 09:51:14 10:26:42 11:02:10 11:37:39 12:13:07 12:48:35 13:24:03 13:59:31 14:34:59 15:10:27 15:45:55 16:21:23 16:56:51 17:32:19 18:07:48 18:43:16 19:18:44 19:54:12 20:29:40 21:05:08 Rendimento 1,00 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 Horas 25/07/ /12/2015 Figura Rendimento do inversor 1 ao longo dos dias, 25 de julho e 11 de dezembro de Comparação de Resultados Reais e Simulados O software PVGIS permite avaliar dados de geração de energia solar e energia elétrica para sistemas fotovoltaicos. Para simular valores de energia elétrica do inversor 1 deste sistema fotovoltaico, foram introduzidos parâmetros como potência instalada de 10,58kW (46paineis 230W), ângulo de inclinação de 34º (ângulo de inclinação ótimo segundo o software), latitude e longitude (41º18 3 N, 7º44 32 W) e azimute de 0º e, foram considerados os seguintes dados: Perdas estimadas devidas à temperatura e baixa irradiação: 10,1% (à temperatura ambiente local); Outras perdas (inversor, cabos e equipamentos de regulação de carga): 14,0%. A Tabela 4.6 apresenta os valores simulados de energia elétrica e irradiação, obtidos através do software PVGIS. 52

81 Tabela Produção de energia elétrica e irradiação usando PVGIS. Meses Ed Em Hd Hm Janeiro 23,6 730,0 2,8 86,3 Fevereiro 36,4 1020,0 4,4 122,0 Março 44,3 1370,0 5,5 169,0 Abril 44,2 1330,0 5,5 169,0 Maio 49,3 1530,0 6,3 195,0 Junho 52,9 1590,0 6,9 206,0 Julho 55,8 1730,0 7,3 226,0 Agosto 55,5 1720,0 7,2 225,0 Setembro 50,1 1500,0 6,4 193,0 Outubro 38,0 1180,0 4,7 146,0 novembro 27,6 827,0 3,3 98,9 dezembro 23,1 717,0 2,7 84,3 Total 15244,0 1920,0 onde, Ed - produção média diária de eletricidade fornecida pelo sistema (kwh); Em - produção média mensal de eletricidade fornecida pelo sistema (kwh); Hd - irradiação diária por metro quadrado recebida pelos módulos do sistema (kwh/m²); Hm - irradiação mensal por metro quadrado recebida pelos módulos do sistema (kwh/m²); Nesta secção os dados reais de produção de energia elétrica do inversor 1 do sistema FV referem-se aos dados do ano de Através da análise da Tabela 4.7 verifica-se que, o simulador fez uma estimativa, por excesso dos valores reais totais de produção de energia elétrica pelo sistema. No mês de novembro o mesmo não se verificou, uma vez que o simulador fez uma estimativa igual à produção real de energia elétrica. Os dados reias de produção de energia elétrica são cerca de 1,0% menores do que os dados simulados usando o software PVGIS. Pode, no entanto, observar-se pela Tabela 4.7 que existem meses do ano em que a produção de energia elétrica estimada pelo PVGIS é inferior à resultante obtida. A máxima variação entre os valores de energia elétrica produzida e os obtidos pelo software PVGIS verifica-se no mês de dezembro, com o valor de 34,8%. 53

82 Tabela Valores reais e simulados de produção de energia elétrica. Energia (kwh) Meses Dados simulados Dados Reais Variação de produção simulada face à real (%) Janeiro 730,0 863,0-15,4 Fevereiro 1020,0 983,0 3,8 Março 1370,0 1586,0-13,6 Abril 1330,0 1309,0 1,6 Maio 1530,0 1627,0-6,0 Junho 1590,0 1552,0 2,4 julho 1730,0 1680,0 3,0 agosto 1720,0 1608,0 7,0 setembro 1500,0 1514,0-0,9 outubro 1180,0 1006,0 17,3 novembro 827,0 827,0 0,0 dezembro 717,0 532,0 34,8 Total 15244, ,0 1,0 4.3 Sistema Fotovoltaico com Seguimento Solar Descrição do Sistema Este sistema localiza-se no lugar de Queimada, concelho de Armamar e refere-se a uma instalação de dois seguidores solares fotovoltaicos de dois eixos, constituídos por 116 painéis solares fotovoltaicos (58 painéis cada) e, com potência instalada de 30,16kW. As características dos painéis fotovoltaicos, em condições STC, encontram-se descritas na Tabela

83 Tabela Características do Painel Fotovoltaico EX 260M. EX 260M STC (AM=1,5; 1000W/m 2 ; 25 ) Marca Modelo EX-260M Tipo de Células c-si Potência Máxima, Pmáx (W) 260 Tensão à Potência Máxima, VMP (V) 52 Corrente à Potência Máxima, IMP (A) 5,01 Tensão em Circuito Aberto, VOC (V) 62,90 Corrente de Curto-Circuito, ISC (A) 5,50 Classe A Tolerância (%) ±3 Por sua vez, esta instalação é constituída por dois inversores, com características, segundo o fabricante, descritas na Tabela 4.9. Tabela Características do Inversor Kaco 18.0 TL3 INT. Kaco 18.0 TL3 INT Marca Eficiência (%) 98 Potência Nominal (kw) 15 Potência Pico (kwp) 18 Potência Máxima (kva) 15 Tensão Máxima (V) 1000 Intensidade Máxima (A) 37,2 Intervalo de operação MPP (V) Entradas MPP 2 Monitoramento de Rede Protocolos de Comunicações 3-Phase Ethernet, USB, RS485, S0 55

84 4.3.2 Esquema de Ligação do Sistema Na Figura 4.10 apresenta-se um esquema de ligações entre os painéis fotovoltaicos dos seguidores solares, os inversores e o quadro elétrico. Cada seguidor solar é constituído por um inversor e, no entanto, constituído por duas entradas MPP com duas strings cada. A cada string está associado um determinado número de painéis fotovoltaicos: String 1, String 2: 14 painéis (3640W); String 3, String 4: 15 painéis (3900W). 2 strings em paralelo 2 strings em paralelo 2 strings em paralelo 2 strings em paralelo Séries de 15 módulos 260 W Séries de 14 módulos 260 W Séries de 15 módulos 260 W Séries de 14 módulos 260 W ~ Inversor 1 18kWp ~ Inversor 2 18kWp QE Rede de BT do Comercializador de Energia Figura Esquema de ligação entre os painéis dos seguidores solares, inversores e quadro elétrico Análise de Parâmetros do Seguidor Solar A informação recolhida foi feita em apenas um dos dois inversores, neste caso do inversor 1 referente ao primeiro seguidor solar. 56

85 Distribuição Anual seguidor solar. A Tabela 4.10 representa os valores reais de energia elétrica anual produzida pelo Tabela Energia elétrica anual produzida pelo seguidor solar. Energia Elétrica Produzida (kwh) Meses Média janeiro 329,0 776,0 1493,0 774,0 843,0 fevereiro 1404,0 1042,0 1511,0 927,0 1221,0 março 1389,0 2278,0 2777,0 2309,0 2188,3 abril 2371,0 2528,0 2422,0 2447,0 2442,0 maio 3040,0 3620,0 3573,0 3411,0 junho 3016,0 3428,0 3116,0 3186,7 julho 3098,0 3775,0 3829,0 3567,3 agosto 3144,0 3392,0 3321,0 3285,7 setembro 170,0 2209,0 2175,0 2774,0 1832,0 outubro 1063,0 1803,0 1905,0 1612,0 1595,8 novembro 776,0 1673,0 762,0 1351,0 1140,5 dezembro 600,0 1166,0 1403,0 834,0 1000,8 Total A Figura 4.11 ilustra a distribuição anual da energia produzida pelo seguidor solar. Verifica-se que, o seguidor solar produziu mais no mês de julho e menos no mês de janeiro. Por outro lado, o ano mais favorável, em termos de produção de energia elétrica do seguidor solar, foi o ano de Neste ano, o mês em que o seguidor solar produziu mais foi o de julho e o que produziu menos foi o mês de dezembro. 57

86 Energia (kwh) Meses Média Figura Distribuição da energia anual produzida pelo seguidor solar Distribuição Mensal Para o estudo da distribuição mensal de energia produzida pelo seguidor solar, considera-se o ano de 2015, visto anteriormente, como sendo o melhor ano de produção. De modo a compreender a evolução da energia elétrica produzida ao longo dos meses, foram analisados os meses em que o seguidor solar produziu mais e menos, visto anteriormente, como sendo os meses de julho e dezembro. A Tabela 4.11 apresenta os valores reais de energia elétrica produzida pelo seguidor solar, em questão, para os meses de julho e dezembro, com respetivos valores da variação da média face ao valor máximo de energia elétrica produzida e, valores da variação do valor mínimo de energia elétrica produzida pelo seguidor solar face ao valor máximo, para os respetivos meses. Estas variações têm como referência o valor máximo. Observa-se que, no mês de julho existe uma variação de 13,6% da média em relação ao valor máximo, enquanto que no mês de dezembro essa variação é de 59,2%. Por outro lado, verifica-se que a diferença percentual do valor mínimo e máximo de cada mês, é de 55,9% no mês de julho e 97,0% no mês de dezembro. No mês de dezembro a diferença percentual entre o valor mínimo e máximo é muito elevada. 58

87 Tabela Energia produzida pelo seguidor solar nos meses de julho e dezembro de Energia Elétrica Produzida Dias (kwh) julho dezembro 1 68,0 23, ,0 55, ,0 58, ,0 28, ,0 66, ,0 57, ,0 9, ,0 23, ,0 2, ,0 7, ,0 6, ,0 3, ,0 4, ,0 17, ,0 20, ,0 35, ,0 28, ,0 19, ,0 44, ,0 30, ,0 58, ,0 6, ,0 7, ,0 14, ,0 38, ,0 44, ,0 28, ,0 11, ,0 62, ,0 12, ,0 20,0 Média 123,5 26,9 Variação Média/Max (%) 13,6 59,2 Variação Min/Max (%) 55,9 97,0 No mês de julho, verifica-se que, nos dias 17 e 24, a energia produzida pelo seguidor solar é mais baixa, devido às condições meteorológicas sentidas nestes dias. 59

88 Energia (kwh) Através da análise da Figura 4.12 verifica-se que, em média, no mês de julho o seguidor solar produziu cerca de 123,5kWh de energia elétrica enquanto que, no mês de dezembro produziu aproximadamente 27kWh. Esta diferença de produção deve-se a fatores como a temperatura, ação do vento e períodos de nebulosidade mais instáveis em dias de outono Dias julho média julho dezembro média dezembro Figura Distribuição da energia mensal produzida, nos meses de julho e dezembro de Em seguida, apresenta-se na Tabela 4.12 os valores da média da energia elétrica mensal produzida pelo seguidor solar, ao longo dos quatro anos em análise. Tabela Média mensal da produção de energia elétrica do seguidor solar. Média Mensal de Energia (kwh) Meses janeiro 10,6 25,0 48,2 25,0 fevereiro 50,1 37,2 54,0 32,0 março 44,8 73,5 89,6 74,5 abril 79,0 84,3 80,7 81,6 maio 98,1 116,8 115,3 junho 100,5 114,3 103,9 julho 99,9 121,8 123,5 agosto 101,4 109,4 107,1 setembro 5,7 73,6 72,5 92,5 outubro 34,3 58,2 61,5 52,0 novembro 25,9 55,8 25,4 45,0 dezembro 19,4 37,6 45,3 26,9 Total 85,2 809,7 886,8 938,6 213,0 60

89 Energia (kwh) Através da análise da Figura 4.13, verificou-se que nos meses de maio, junho, julho e agosto, o seguidor solar apresentou os melhores valores de produção de energia média mensal, ao longo dos anos. Para os meses de julho e setembro, verificou-se que a energia média diária tem aumentado, com o passar dos anos. Comparando os anos de 2013, 2014 e 2015, verificou-se que, a energia elétrica média mensal produzida pelo seguidor solar tem vindo a aumentar. Em relação aos primeiros quatro meses do ano de 2016, verificou-se, quando comparado com o ano de 2015, que a energia mensal diminuiu Meses Figura Distribuição da energia elétrica média mensal produzida, ao longo dos anos, pelo seguidor solar Distribuição Diária Para a análise do comportamento do sistema ao longo dos dias, foram utilizados os mesmos dias do ano de 2015 (25 de julho e 11 de dezembro), usados para o estudo do sistema fotovoltaico fixo, visto anteriormente. Estes dias correspondem aos meses em que o sistema produziu mais e menos, como se verificou anteriormente. Os dados de todos os parâmetros do sistema abordados de seguida, encontram-se descritos em folhas de cálculo no Anexo B. 61

90 06:20:49 06:51:13 07:21:37 07:52:01 08:22:25 08:52:49 09:23:13 09:53:38 10:24:02 10:54:26 11:24:50 11:55:14 12:25:38 12:56:02 13:26:26 13:56:50 14:27:14 14:57:38 15:28:02 15:58:27 16:28:51 16:59:15 17:29:39 18:00:03 18:30:27 19:00:51 19:31:22 20:01:46 20:32:10 21:02:34 Potência (kw) Potência Elétrica A Figura 4.14 apresenta a distribuição das potências do seguidor solar ao longo do dia 25 de julho. Verifica-se que, os valores de Pdc1 e Pdc2 são muito próximos, isto acontece devido à diferença do número de painéis associados a cada MPP. Verifica-se também que os valores de Pdc (soma de Pdc1 e Pdc2) são ligeiramente superiores aos valores de Pac Horas Pdc1 Pdc2 Pdc Pac Figura Distribuição das potências ao longo do dia 25 de julho de Através da análise da Figura 4.15, verifica-se que no dia 11 de dezembro o seguidor solar captou menos horas de sol, o que influenciou diretamente a produção de energia elétrica. Por outro lado, comparado com o dia 25 de julho, o seguidor solar produziu menos energia elétrica, apresentando mais variações de energia ao longo do dia. 62

91 08:07:33 08:27:49 08:48:05 09:08:21 09:28:37 09:48:53 10:09:09 10:29:26 10:49:42 11:09:58 11:30:14 11:50:30 12:10:46 12:31:02 12:51:18 13:11:34 13:31:50 13:52:06 14:12:22 14:32:38 14:52:54 15:13:10 15:33:26 15:53:42 16:13:58 16:34:14 16:54:30 17:14:46 Potência (W) Horas Pdc1 Pdc2 Pdc Pac Figura Distribuição das potências ao longo do dia 11 de dezembro de Fator de Potência no Inversor O fator de potência no inversor do seguidor solar foi calculado para os dois dias do ano, através da equação matemática (4.1), secção Através da análise da Figura 4.16, verificou-se que o inversor do seguidor solar, para o dia 25 de julho, apresentou um fator de potência com valores favoráveis. O que indica que o rendimento do seguidor solar será elevado. No dia 11 de dezembro, o fator de potência apresenta variações ao longo do dia, sendo praticamente igual a 1 durante o período do dia em que existe mais sol e no inicio e fim do dia apresenta valores que alternam entre o valor unitário um valor muito baixo, cerca de 0,2. Fatores como temperaturas baixas, períodos de chuva e nebulosidade, influenciam diretamente a produção do seguidor solar. 63

92 06:20:49 06:56:17 07:31:45 08:07:13 08:42:41 09:18:09 09:53:38 10:29:06 11:04:34 11:40:02 12:15:30 12:50:58 13:26:26 14:01:54 14:37:22 15:12:50 15:48:19 16:23:47 16:59:15 17:34:43 18:10:11 18:45:39 19:21:14 19:56:42 20:32:10 21:07:38 Rendimento 06:41:05 07:16:33 07:52:01 08:27:29 09:02:57 09:38:25 10:13:54 10:49:22 11:24:50 12:00:18 12:35:46 13:11:14 13:46:42 14:22:10 14:57:38 15:33:07 16:08:35 16:44:03 17:19:31 17:54:59 18:30:27 19:06:02 19:41:30 20:16:58 20:52:26 cos φ 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Horas 25/07/ /12/2015 Figura Distribuição do fator de potência para os dias, 25 de julho e 11 de dezembro Rendimento do Inversor O rendimento do inversor do seguidor solar foi calculado através da equação (4.2), secção O rendimento obtido, representa a quantidade de energia que o sistema foi capaz de produzir, para os dois dias. Através da Figura 4.17, verificou-se que o rendimento para o dia 25 de julho é de 98-99%. Para o dia 11 de dezembro, no período de radiação mais favorável das 9h às 17h, o rendimento atinge os 98-99%. Isto indica que o inversor do seguidor solar esta a operar com um rendimento muito elevado. 1,00 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 Horas 25/07/ /12/2015 Figura Rendimento do inversor do sistema para os dias, 25 de julho e 11 de dezembro. 64

93 4.3.4 Comparação de Resultados Reais e Simulados Para o cálculo da produção energética do sistema fotovoltaico em causa, através do software de simulação PVGIS, foram introduzidos todos os parâmetros do sistema do inversor 1 do primeiro seguidor solar, como potência instalada de 15,08kW (58paineis 260W), latitude e longitude (41º5 5 N, 7º44 18 W) e foram considerados os seguintes dados: Perdas estimadas devidas à temperatura e baixa irradiação: 9,7% (à temperatura ambiente local); Outras perdas (inversor, cabos e equipamentos de regulação de carga): 14,0%. A Tabela 4.13 apresenta os valores obtidos na simulação de energia elétrica e irradiação, usando o software PVGIS. Verifica-se que os meses de julho e agosto são os meses de produção máxima do seguidor solar. Os meses de dezembro e janeiro são aqueles onde se verifica uma produção mais baixa de energia elétrica. Tabela Produção de energia elétrica e irradiação usando o software PVGIS. Meses Ed Em Hd Hm janeiro 42,9 1330,0 3,6 112,0 fevereiro 65,4 1830,0 5,5 155,0 março 82,9 2570,0 7,2 222,0 abril 85,3 2560,0 7,4 223,0 maio 101,0 3130,0 8,9 276,0 junho 115,0 3460,0 10,3 310,0 julho 124,0 3850,0 11,2 348,0 agosto 115,0 3570,0 10,5 324,0 setembro 96,0 2880,0 8,6 158,0 outubro 69,7 2160,0 6,1 189,0 novembro 49,0 1470,0 4,2 125,0 dezembro 42,3 1310,0 3,6 110,0 Total 30120,0 2650,0 Para proceder à comparação dos valores reais de produção do inversor 1 do sistema FV com seguimento solar e os valores simulados, foram considerados os dados reais de produção de energia elétrica do ano de Através da análise da Tabela 4.14 verifica-se que, o software PVGIS gerou uma estimativa por excesso dos valores reais totais de produção de energia pelo sistema FV. Os 65

94 dados reias de produção de energia elétrica são cerca de 5,3% menores do que os dados simulados. As diferenças registadas na Tabela 4.14, entre dados reais e simulados, podem ser causadas devido a fatores como, orientação e altura do sol, a pressão atmosférica, humidade relativa e temperatura do ar. Tabela Valores reais e simulados de produção de energia elétrica. Energia (kwh) Meses Dados Simulados Dados Reais Variação de produção simulada face à real (%) janeiro 1330,0 1493,0-10,9 fevereiro 1830,0 1511,0 21,1 março 2570,0 2777,0-7,5 abril 2560,0 2422,0 5,7 maio 3130,0 3573,0-12,4 junho 3460,0 3116,0 11,0 julho 3850,0 3829,0 0,5 agosto 3570,0 3321,0 7,5 setembro 2880,0 2774,0 3,8 outubro 2160,0 1612,0 34,0 novembro 1470,0 1351,0 8,8 dezembro 1310,0 834,0 57,1 Total 30120, ,0 5,3 4.4 Análise por Comparação entre Sistemas FV (Fixo e Seguidor Solar) Os sistemas fotovoltaicos analisados anteriormente apresentam valores totais de potência instalada diferentes, o sistema fixo de 20,70kW e o sistema com seguimento solar de 30,16kW. Para proceder à comparação destes dois sistemas é necessário que sejam considerados sistemas com a mesma potência instalada. Para isso, teve-se como referência o sistema com seguimento solar. A relação entre a potência dos dois sistemas permite obter o fator que irá ser considerado para que seja possível ter o sistema FV fixo equivalente em potência ao sistema FV móvel. Esse fator é o que resulta da relação entre a potência instalada no seguidor solar pela potência instalada no sistema FV fixo. 66

95 30,16 kw 20,70 kw = 1,4570 Esse resultado multiplicado por todos os parâmetros do sistema fixo, permitirá obter um sistema FV fixo equivalente, em potência, ao sistema com seguimento solar. Sistema Fixo P instfixo = 20,70 1,4570 = 30,16 kw Sistema Móvel P instmóvel = 30,16 kw Distribuição Anual A Tabela 4.15 permite fazer uma análise quantitativa da produção de energia anual produzida pelos sistemas fotovoltaicos, à mesma potência instalada, para o ano de Além disso, apresenta a variação existente entre a produção do seguidor solar e a produção do sistema fixo. Nos meses de junho e julho, o aumento de produção do seguidor solar em relação ao sistema fixo é de 55,5% e 56,4%, respetivamente. Em relação aos meses de janeiro e dezembro, meses onde os dois sistemas FV produzem menos, o aumento de produção do seguidor solar em relação ao fixo é de 10,3% e 20,2%, respetivamente. 67

96 Meses Tabela Energia anual produzida pelos sistemas no ano de Seguidor Solar (kwh) Sistema Fixo (equivalente) (kwh) Variação de produção do seguidor solar face ao sistema fixo (%) janeiro 776,0 703,7 10,3 fevereiro 1042,0 939,8 10,9 março 2278,0 1878,1 21,3 abril 2528,0 1907,2 32,5 maio 3620,0 2385,1 51,8 junho 3428,0 2204,4 55,5 julho 3775,0 2414,2 56,4 agosto 3392,0 2328,3 45,7 setembro 2175,0 1863,5 16,7 outubro 1905,0 1602,7 18,9 novembro 762,0 805,7-5,4 dezembro 1403,0 1167,1 20,2 Através da análise da Figura 4.18 da verifica-se que a distribuição de energia elétrica anual produzida pelo seguidor solar é notavelmente superior do que a energia anual produzida pelo sistema fixo, nos meses de maio, junho, julho e agosto. Nos restantes meses do ano (com exceção do mês de novembro) o sistema FV móvel apresenta valores de energia elétrica ponderada superior ao do sistema FV fixo com diferenças menores. No mês de novembro, o seguidor solar apresenta uma diminuição de produção de energia elétrica face ao sistema FV fixo, cerca de 5,4%. Esta diminuição de energia elétrica produzida, verificada nos dados recolhidos (sobre os quais não houve controlo), não é expectável nem segue a tendência de produção. Provavelmente neste mês de novembro houve alguma anomalia no seguidor solar que foi corrigida no mês seguinte. 68

97 Energia Elétrica Produzida (kwh) Meses Fixo Seguidor Solar Figura Distribuição de energia anual produzida pelos dois sistemas no ano de De modo a comparar quantitativamente a produção de energia nos anos de 2014 e 2015, realizou-se a mesma análise para o ano de A Tabela 4.16 apresenta a distribuição anual de energia produzida pelos sistemas fotovoltaicos, para o ano de Nos meses de maio e julho, o aumento de produção de energia elétrica do seguidor solar face ao sistema FV fixo é de 50,7% e 56,4%, respetivamente. No mês de junho de 2014 o aumento de produção do seguidor solar face ao sistema fixo é maior do que para o mês de junho de O mês de julho dos anos de 2014 e 2015 é o que apresenta o maior aumento percentual de produção quando se compara a produção de cada mês para o caso do sistema fotovoltaico fixo e o sistema FV móvel. Nos meses de fevereiro e dezembro, o aumento de produção do sistema com seguimento solar em relação ao fixo é de 5,5% e 7,6%. 69

98 Energia Elétrica Produzida (kwh) Meses Tabela Energia anual produzida pelos dois sistemas no ano de Seguidor Solar (kwh) Sistema Fixo (equivalente) (kwh) Variação de produção do seguidor solar face ao sistema fixo (%) janeiro 1493,0 1257,4 18,7 fevereiro 1511,0 1432,2 5,5 março 2777,0 2310,8 20,2 abril 2422,0 1907,2 27,0 maio 3573,0 2370,5 50,7 junho 3116,0 2261,3 37,8 julho 3829,0 2447,8 56,4 agosto 3321,0 2342,9 41,8 setembro 2774,0 2205,9 25,8 outubro 1612,0 1465,7 10,0 novembro 1351,0 1204,9 12,1 dezembro 834,0 775,1 7,6 Através da análise da Figura 4.19 verifica-se que a distribuição de energia produzida pelo sistema FV com seguimento solar em relação ao sistema FV fixo é maior durante o ano todo, no ano de Nos meses de maio, junho, julho e agosto, o aumento de produção do sistema móvel face ao fixo é mais notável, atingindo valores que variam entre os 37,8% e 56,4% Meses Fixo Seguidor Solar Figura Distribuição de energia elétrica anual produzida pelos dois sistemas no ano de