Modelagem e predição de flutuações da irradiação solar de curta duração

Abstract

Atualmente, um dos maiores desafios na geração de energia solar é garantir que a energia gerada seja fornecida de forma segura e confiável. Em consequência, tornou-se essencial elaborar modelos para prever a incidência de radiação solar dentro de vários intervalos de tempo de interesse. O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de uma metodologia composta por algoritmos e um conjunto de instrumentos que permitissem fazer previsões sobre a incidência de radiação solar dentro de curtos horizontes temporais. Para esta pesquisa, foram utilizadas imagens de uma câmera de lente fisheye de baixo custo e dados da estação solarimétrica. As imagens foram armazenadas juntamente com os dados de irradiância em um banco de dados. Durante a etapa de processamento de dados, cada fotografia do céu foi submetida a um tratamento digital para aprimoramento de contraste. As imagens resultantes foram, então, segmentadas com o auxílio de novos atributos matemáticos desenvolvidos a partir de espaços de cores conhecidos (RGB, HSV, YCrCb e Lab). Com esses atributos, construiu-se um modelo através de Máquina de Vetores de Suporte (SVM) para classificação, ou SVC, o que resultou em uma taxa de acerto na classificação de nuvens com precisão de 99,2% pelo método de 10 folders de validação cruzada. Em seguida calculou-se a fração de cobertura de nuvens. Os resultados obtidos por imagens foram usados como entrada para modelar a irradiância total e direta por regressão via SVR e validados pelo método de 10 folders. O coeficiente de correlação de Pearson atingiu 98% considerando toda a faixa de incursão dos sinais de irradiância dentro das 6236 amostras do período. Um modelo final com a inclusão das irradiâncias entre os dados de uma série temporal foi então desenvolvido por meio de SVR para predição das irradiâncias total e direta em oito horizontes temporais curtos (entre 1 e 30 minutos). Em síntese, os resultados demonstraram que com um equipamento simples e barato como a câmera fisheye foi possível: calcular a fração de cobertura de nuvens no céu; modelar a irradiância solar total e direta; estimar a velocidade (em pixels) das nuvens; e com adição de dados solarimétricos foram realizadas predições em curtos espaços de tempo com acurácia comparável a alguns trabalhos realizados dentro de uma metodologia similar no que se refere a coleta de dados e aos horizontes de predição espaço-temporal.