Avaliação de modelos utilizados na estimativa da geração de energia de uma usina fotovoltaica localizada no semiárido brasileiro

Abstract

A estimativa acurada da geração de energia de centrais fotovoltaicas é essencial no estudo de viabilidade dos projetos e na área de operação e manutenção (O&M) das usinas. As simulações das usinas fotovoltaicas (UFV) demandam informações de qualidade a respeito dos dados de entrada e dos modelos aplicados na modelagem. Diversos grupos de modelos são utilizados para estimar a produção anual da UFV, sendo a acurácia dos mesmos fortemente dependente das condições climáticas e das características do sistema. Nesta pesquisa são analisados detalhadamente os modelos de separação da irradiância global horizontal (GHI) nas componentes direta e difusa, bem como os modelos de transposição e os modelos do comportamento térmico e elétrico dos módulos. Dados de alta resolução de uma UFV de 2,5 MWp localizada na região semiárida brasileira são utilizados para determinar os modelos mais adequados às condições climáticas locais. Entre os modelos de separação, os modelos STARKE3, YANG4, STARKE2, ENGERER2, SKARTVEIT e DIRINT foram os que mais se adequaram ao clima semiárido, com destaque para os três primeiros. No que se refere aos modelos de transposição Hay e Davies, Reindl e Perez tiveram os melhores resultados na transposição da difusa, com destaque para o modelo de Perez incorporado com informações sobre o albedo do solo local, seja ele em termos médios (27,72%) ou com albedo uni ou bivariável. Quanto aos modelos térmicos, os modelos Mattei, King97, Sandia, Skoplaki e Faiman apresentaram bons resultados, e os modelos elétricos De Soto, CEC e PVWatts demonstraram os melhores desempenhos. Complementarmente, a geração de energia da central FV foi examinada e modelada com base na GHI medida em solo a partir de 12.600 combinações possíveis, passando por sete modelos de separação, nove modelos de transposição, quatro ópticos, dez térmicos e cinco elétricos, onde foi observado que a seleção dos modelos físicos possui impacto significativo na estimativa da geração da UFV, com variações de 14% no erro médio (nMBE) e de 4,3% na raiz do erro quadrático médio normalizado (nRMSE). O melhor conjunto de modelos, composto por STARKE2 (separação) + Perez (transposição) + Martin-Ruiz (ópticos) + Skoplaki (térmico) + De Soto (elétrico), apresenta erro médio na geração de 0,3% e nRMSE de 12,57%, com Performance Ratio simulado (84,5%) próximo ao real (84,75%). A depender das combinações variações no PR de 76% a 88% são encontradas. Outro fator importante que impacta fortemente as simulações é o fator de redução (derating), representado pelas perdas não previstas nas modelagens, tais quais as perdas por mismatch, por sujidade, entre outras. As variações encontradas quanto a esse fator são de até 16% e, semelhante aos demais resultados, estão em linha com os valores reportados na literatura.