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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Impactos da dinâmica atmosférica na flutuação de potência em usinas fotovoltaicas
Authors: Daniel dos Santos Ferreira Soares
First Advisor: Selenio Rocha Silva
Abstract: A energia solar é atualmente a terceira maior fonte de energia renovável atrás da hidráulica e eólica. Com a queda dos preços dos ativos de geração, aplicações isoladas estão dando lugar a sistemas de poucos quilowatts em tetos de residências a plantas de dezenas a centenas de megawatts conectadas a rede elétrica. É um fenômeno mundial com larga inserção na Europa, América do Norte, China e Japão. Neste contexto, o Brasil também começa a construir suas plantas fotovoltaicas conectadas à rede em todo o país, dando origem a várias questões sobre a capacidade de suprimento destas plantas em relação a intermitência da sua fonte, a radiação solar. Emerge o questionamento sobre a robustez da matriz energética a medida que a inserção de uma fonte de energia intermitente como a solar se eleva percentualmente. Como as cargas consumidoras podem vir a ser impactadas por oscilações de suprimento originadas por intermitências atmosféricas sobre as redes elétricas? As concessionárias de energia ao serem responsáveis pela qualidade da energia disponibilizada na rede precisam responder a este questionamento. Neste contexto, a CEMIG está construindo a maior usina solar da América Latina em Sete Lagoas - Minas Gerais para suprir a demanda de parte da cidade e ainda gerar conhecimento sobre esta fonte de energia. O presente trabalho, motivado por este projeto da CEMIG, investiga através da demonstração experimental e proposição de modelos computacionais como a dinâmica de nuvens afeta a irradiância solar sobre as plantas fotovoltaicas e como são os perfis de potência e tensão gerados com oscilações de sombreamento e temperatura sobre centenas ou milhares de módulos conectados. Investigam-se os impactos tanto do ponto de vista energético (capacidade real e local de geração), quanto da qualidade da energia (das variações e flutuações de tensão produzidas pelos geradores fotovoltaicos conectados à rede de distribuição sob sombreamentos). A metodologia foi criar um modelo elétrico de um arranjo fotovoltaico desde uma célula até strings de módulos inteiros conectados, um modelo de passagem de nuvens que simula os sombreamentos, um modelo de céu claro para comparação com valores medidos, um modelo da rede elétrica independente do modelo da planta para se ter versatilidade. Além disso, módulos fotovoltaicos e dados atmosféricos são medidos. Os resultados encontrados mostram que os impactos das nuvens na média anual alcançam perdas de cinquenta por cento da irradiância (kW/m²) disponível no nível do solo. Quanto à qualidade de energia, são mostrados os impactos na variação de potência e tensão para diferentes níveis de robustez da rede elétrica e mudanças na direção de passagem das nuvens sobre a planta. O fenômeno de flutuação de tensão é também investigado e para os testes realizados, foi afastado o risco de geração de cintilação luminosa perceptível pela intermitência de nuvens.
Abstract: Solar energy is today the third largest renewable energy source behind the hydro and wind power. With the drop of prices of the generation assets, standalone applications (grid-off) are giving rise to large range of sized residential kilowatts to hundreds of megawatts of plants connected to grid systems. It is a worldwide phenomenon with wide integration in Europe, North America, China and Japan. On this context , Brazil have also started to build their own gridconnected photovoltaic plants across the country, giving rise to several questions on the supply capacity of these plants regarding the intermittency of its source, the solar radiation . Emerge questions about the robustness of the energy grid as the penetration of an intermittent source of energy with solar percentage rises. How consumer loads are likely to be impacted by fluctuations in supply caused by atmospheric intermittency on solar plants? The power utilities to be responsible for the quality of energy available in the grid and they must to answer this questions. In this context, Cemig is building the largest solar plant in Latin America in Sete Lagoas City - Minas Gerais to meet the demand of town and still generate knowledge about this energy source. This work, motivated by this CEMIG's project and investigates through experimental demonstration and proposal of computational models, how dynamic clouds affects the solar irradiance on the photovoltaic plants and how these plants work during these intermittencies with oscillations of shading and temperature above hundreds or thousands of interconnected modules. This work investigate the impacts of both point of view, the energetic quantity, in other words, real and local generation capacity, and power quality, in other words, the variations and voltage fluctuations produced by the photovoltaic generators connected to the distribution grid under shading conditions. The methodology was to create an electrical model of a photovoltaic array from one simple cell to an entire string, a model that simulates clouds shadows movement, a model of clear sky for comparison with measured values, a model of the electrical system independent of the model plant for versatility. In addition, the real photovoltaic modules and atmospheric data have been measured. The results show the impact of clouds on the annual average losses reaches around fifty percent of the irradiance (kW/m²) available at ground level. In relation to power quality, the impacts are shown in the power range and voltage for different levels of robustness of the power grid and changes in the direction of clouds movement over the plant. The phenomenon of voltage fluctuation is also investigated and this experiments realized, the risk of generating flicker intermittence by clouds was removed.
Subject: Engenharia elétrica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9W7FQD
Issue Date: 1-Aug-2014
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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