Estudo técnico-económico do potencial para produção de energia por sistemas solares fotovoltaicos na Universidade do Minho

Abstract

A necessidade de proteger e preservar os (cada vez mais escassos) recursos não renováveis do planeta Terra, obriga a alterações na forma como os seres humanos exploram esses mesmos recursos. Devido ao uso massivo dos recursos não renováveis para produção de energia elétrica, tornou-se expressamente necessário explorar outras alternativas. Neste sentido, nesta dissertação de mestrado é apresentado um estudo técnico-económico do potencial para produção de energia elétrica por sistemas solares fotovoltaicos na Universidade do Minho. As células fotovoltaicas presentes nos painéis solares são responsáveis pela conversão da energia solar em energia elétrica através do efeito fotovoltaico. Proveniente deste processo, a saída apresentada é em corrente contínua (CC), sendo necessária a empregabilidade de eletrónica de potência, nomeadamente conversores CC-CC e CC-CA, para otimizar a extração de energia elétrica dos painéis solares fotovoltaicos, assim como obter corrente alternada (CA), de forma a possibilitar a ligação à rede elétrica. Em termos de controlo, o estágio de conversão CC-CC contempla um algoritmo de controlo denominado Maximum Power Point Tracking (MPPT) que permite, a cada instante definido pelo sistema de controlo, a extração da máxima potência do sistema solar fotovoltaico. Adicionalmente, é necessário garantir que não ocorre redução da produção de energia por sombreamento e, para isso, este tópico foi cuidadosamente estudado e avaliado para que, na instalação dos sistemas propostos, tal condicionante não se verifique. Com a evolução da tecnologia solar fotovoltaica, além da melhoria na eficiência dos módulos, é possível adquirir um sistema de geração de energia a um preço mais competitivo. Tal característica permite a realização de investimentos de maior volume com vista à desejada independência energética parcial, obtida após o retorno do investimento neste tipo de sistemas. Esta dissertação foi desenvolvida em colaboração entre os Serviços Técnicos e o Departamento de Eletrónica Industrial da Universidade do Minho.

The need to protect and preserve the (increasingly scarce) non-renewable resources on planet Earth, requires changes in the way human beings exploit these same resources. Due to the massive use of non-renewable resources for the production of electricity, it became expressly necessary to explore other alternatives. In this sense, this master's thesis presents a technical-economic study of the potential for the production of electric energy by solar photovoltaic systems at the University of Minho. The photovoltaic cells present in the solar panels are responsible for converting solar energy into electrical energy through the photovoltaic effect. From this process, the output presented is in direct current (DC), requiring the use of power electronics, namely DC-CC and DC-AC converters, to optimize the extraction of electrical energy from photovoltaic solar panels, as well as obtaining current alternating (AC), in order to allow connection to the mains. In terms of control, the CC-CC conversion stage includes a control algorithm called Maximum Power Point Tracking (MPPT) that allows, at each instant defined by the control system, the extraction of the maximum power from the photovoltaic solar system. Additionally, it is necessary to ensure that there is no reduction in energy production by shading and, for this, this topic has been carefully studied and evaluated so that, in the installation of the proposed systems, this condition does not occur. With the evolution of solar photovoltaic technology, in addition to improving the efficiency of the modules, it is possible to purchase a power generation system at a more competitive price. This feature allows for larger investments to be made with a view to the desired partial energy independence, obtained after the return on investment in this type of systems. This dissertation was developed in collaboration between the Technical Services and the Department of Industrial Electronics at the University of Minho.