Modelos de utilização para sistema fotovoltaico com armazenamento de energia em baterias tensão

Abstract

Resumo: A oferta descentralizada de energia no Brasil, especificamente a solar fotovoltaica (FV), proporciona renovação na infraestrutura das redes de distribuição de energia, uma vez que, além de atender a demanda energética do consumidor, o excedente de energia pode ser injetado na rede. Usualmente, os trabalhos acerca deste tema são desenvolvidos almejando manter uma produção de energia correspondente à necessidade do usuário. Outra constatação é o período de geração, em que o pico de geração de energia fotovoltaica pode não coincidir com o pico de demanda solicitada pelo consumidor. Do ponto de vista do consumidor, o emprego de sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS, do inglês Battery Energy Storage System) possibilita realizar o carregamento das baterias próximo ao horário de máxima geração fotovoltaica e despachar a energia durante os períodos de menor oferta energética consequentemente buscando uma redução financeira da conta de energia. Afim de auxiliar os fabricantes e os usuários de sistemas fotovoltaicos com armazenamento de energia em baterias, essa dissertação propõe uma análise da curva do consumo de energia de um consumidor residencial e a partir desta análise realizar um dimensionamento de um sistema bidirecional composto por sistema fotovoltaico acoplado a um armazenador de energia em baterias. Além disso, este trabalho contempla a aplicação dos conceitos de eficiência energética, buscando uma otimização de energia economizada e a redução da necessidade de energia nos horários de ponta. Para atender a redução de energia no horário de ponta é aplicado o deslocamento de pico de carga através de algoritmos genéticos (AGs) que têm a função de despachar de forma horária a energia armazenada no BESS a partir da geração fotovoltaica minimizando o uso da energia do BESS e maximizando o retorno financeiro. Os principais resultados apontam que através de um dimensionamento adequado e a utilização de um sistema fotovoltaico com armazenamento de energia em baterias pode-se alcançar reduções do consumo de energia da concessionária, bem como proporciona reduções da demanda no horário de ponta. Em relação ao despacho horário de energia foi simulado um cenário utilizando os AGs e outro cenário utilizando uma função utilizada para resolver problemas de programação linear. Observou-se que os AGs apresentaram um desempenho que incluí 5% menos energia disponibilizada pelo BESS frente a programação linear, mantendo os requisitos técnicos estabelecidos. As diferentes análises indicam que é possível atingir benefícios econômicos com o despacho inteligente de energia armazenada.

Abstract: The decentralized supply of energy in Brazil, specifically solar photovoltaic (PV), provides renewal in the infrastructure of energy distribution networks, since, in addition to meeting the consumer's energy demand, surplus energy can be injected into the grid. The work on this theme is developed observing the need to maintain a corresponding energy production with the user's need. Another observation is the generation period, in which the peak generation of photovoltaic energy may not coincide with the peak demand demanded by the consumer. From a consumer point of view, the use of battery energy storage systems (BESS) enables the batteries to be charged close to the time of maximum photovoltaic generation and to dispense energy during periods of low supply consequently seeking a financial reduction of the energy bill. In order to assist the manufacturers and users of photovoltaic systems with energy storage in batteries, this dissertation proposes an analysis of the energy consumption curve of a residential consumer and from this analysis to carry out a design of a system composed of photovoltaic system coupled to a battery-powered power store. Another proposal is the application of the concepts of energy efficiency, that is, seek an optimization of energy saved and the reduction of energy needs at peak times. To meet the reduction of energy in peak hours will be applied the peak load displacement through the developed an algorithm with the function of dispatch hourly the energy stored in the BESS from the photovoltaic generation. The main results indicate that through a suitable design and the use of a photovoltaic system with storage of energy in batteries can achieve significant energy reductions available energy distributors as well as provides reductions in demand at peak times. In relation to the dispatch of energy hours, a scenario was simulated using Genetic Algorithms (GA), artificial intelligence technique and another scenario using a conventional linear programming function. It was observed that the AG presented a performance 5% less energy available by BESS compared to linear programming function. The several analyzes indicate that it is possible to achieve economic benefits with intelligent dispatch of stored energy.