Projeto e análise do funcionamento de um sistema de rega fotovoltaico

Abstract

O crescimento significativo da procura mundial de energia, introduziu uma pressão no consumo de energia de fontes fósseis, o que resultou nas consequências ambientais conhecidas. Nesse contexto, energias renováveis, como a solar, térmica, fotovoltaica, eólica e hidráulica surgiram como alternativas energéticas inevitáveis. O objetivo fundamental desta dissertação foi a análise de um sistema de produção de energia renovável para uma aplicação de rega. Para o efeito, dimensionou-se uma instalação fotovoltaica para suprimir as necessidades de rega, tentando atingir o melhor compromisso entre a produção da unidade fotovoltaica e o perfil de consumo de energia. O Decreto-de-Lei n. º153/2014 veio regulamentar e potenciar o autoconsumo energético, permitindo a qualquer empresa ou particular produzir a sua própria eletricidade e reduzir os encargos financeiros com esta despesa mensal. Deste modo, o autoconsumo veio possibilitar aos consumidores/empresas reduzirem a sua dependência das variações de preço de mercado da eletricidade. Iniciou-se pelo estudo de um sistema de rega já existente e do seu perfil de consumo energético em função das necessidades de rega de uma plantação de mirtilos. Em 2017, foi instalada uma unidade de produção para autoconsumo, utilizando tecnologia fotovoltaica e com uma potência instalada de 3 kWp em Baião, região de Vilamoura. Todos os componentes do sistema foram caracterizados e foi estimado o consumo de energia elétrica com vista ao estudo do funcionamento ótimo do sistema de rega, otimizando-o para as horas de maior exposição e produção solar. Foi utilizado o software PVsyst para a modelação do caso de estudo através da seleção e dimensionamento dos componentes da instalação, considerando a localização e os dados meteorológicos obtidos pelo programa comercial Meteonorm. A simulação com o PVsyst permitiu estimar a energia disponível à saída do inversor, a energia injetada na rede e a energia requerida da rede para suprimir as necessidades de consumo nos períodos sem produção. Por fim foi avaliada a viabilidade económica do projeto, analisando três principais cenários de funcionamento. Em termos de resultados, estimou-se um consumo de 3582 kWh/ano, sendo que o sistema tem uma produção anual de 4514 kWh à saída do inversor. A energia excedente e que potencialmente poderia ser injetada na rede, corresponde a 1973 kWh/ano. Do ponto de vista económico, a viabilidade do sistema está condicionada pelos elevados custos de investimento.

The significant growth in world energy demand has introduced pressure on the consumption of energy from fossil fuels, which has resulted in the well-known environmental consequences. In this context, renewable energies such as solar, thermal, photovoltaic, wind and hydroelectric have emerged as unavoidable energy alternatives. The main objective of this dissertation is the analysis of a renewable energy production system for an irrigation application. For this purpose, a photovoltaic installation was designed to suppress the irrigation needs, trying to reach the best balance between the electricity produced by the photovoltaic and the energy consumption profile. The Decree-of-Law n. º153/2014 came to regulate and boost energy self-consumption, allowing any company or final consumer to produce their own electricity and, thus, reduce the financial burden of this monthly expense. In this way, self-consumption made it possible for consumers/companies to reduce their dependence on electricity market price variations. The study began with the analysis of an existing irrigation system and its energy consumption profile, depending on the irrigation needs of a blueberry plantation. In 2017, a production unit for self consumption was installed, using photovoltaic technology and with an installed capacity of 3 kWp in Baião, Vilamoura region. All system components were characterized and the electricity energy consumption was estimated with a regarding the optimal functioning of the irrigation system, aiming its optimization for the periods of greater solar exposure and energy production. The PVsyst software was used to model the case study through the selection and dimensioning of the installation's components, considering the location and meteorological data obtained by the commercial program, Meteonorm. The simulation with PVsyst allowed estimating the energy available at the inverter exit, the energy injected into the grid and the energy required from the grid to suppress consumption needs in periods without production. Finally, the economic feasibility of the project was evaluated, where three main operating scenarios were evaluated. It was estimated a consumption of 3582 kWh/year and the system has an annual production of 4514 kWh at the inverter outlet. The excess energy that can potentially be injected into the grid corresponds to 1973 kWh/year. From the economic point-of-view, it was concluded that the PV system viability is conditioned by the high investment costs.