Pablo Caballero
May 29, 2024
Uma simulação de rendimento fotovoltaico tem vários objectivos. É essencial para encontrar o design e os componentes mais adequados para um projeto, ao mesmo tempo que dá confiança a quem investe na construção do projeto.
Nas últimas décadas do século XX, com o desenvolvimento das aplicações de energia solar, as simulações de energia têm tradicionalmente efectuado os seus cálculos utilizando condições resumidas descritas pelos chamados conjuntos de dados do Ano Meteorológico Típico (TMY).
Atualmente, graças ao desenvolvimento relativamente recente da modelação baseada em satélites e ao acesso mais fácil a capacidades de computação e ferramentas de software, os intervenientes da indústria solar podem agora testar os seus projectos de centrais eléctricas e planos financeiros contra condições mais realistas descritas por séries temporais (TS) de vários anos.
Até que ponto é possível caraterizar a irradiância solar e as condições meteorológicas com os 8760 valores armazenados num TMY? Significa isto que os populares conjuntos de dados TMY já não são úteis?
Neste artigo, apresentamos uma panorâmica geral destes dois principais conjuntos de dados habitualmente utilizados para avaliações de rendimento e damos recomendações sobre quando utilizar cada um deles.
O TMY P50 é construído selecionando os meses mais representativos da série temporal disponível (ou seja, os meses mais típicos de janeiro, fevereiro, março, etc.), que são depois concatenados num único ano artificial e representativo.
No Solargis TMY, a seleção dos meses representativos é feita através de um processo iterativo baseado em dois critérios principais: em primeiro lugar, conseguir diferenças mínimas entre as caraterísticas estatísticas do Ano Meteorológico Típico (TMY) e as séries temporais reais; e, em segundo lugar, assegurar a máxima semelhança entre as Funções de Distribuição Acumulada (CDF) mensais do TMY e as séries temporais, para representar com precisão os valores típicos de cada mês selecionado.
A diferença de relevância de cada parâmetro na seleção dos meses típicos é abordada através da atribuição de pesos aos parâmetros incluídos no conjunto de dados. Para além da irradiância solar e da temperatura, outros parâmetros meteorológicos também estão incluídos no conjunto de dados, mas normalmente são parâmetros secundários com menor relevância na análise e, por isso, não influenciam a escolha do mês representativo.
É também importante saber que podem ser utilizadas ponderações diferentes consoante o tipo de aplicações de energia solar em causa. Por exemplo, um TMY feito para a simulação do desempenho de edifícios pode não ser o mesmo que um feito para aplicações termossolares, que por sua vez podem diferir dos TMYs feitos para software de simulação fotovoltaica. Por conseguinte, ao comparar conjuntos de dados TMY, recomendamos sempre que se tenha em atenção a forma como o TMY é construído e para que é feito.
figura 1. Representação dos dados mensais de temperatura incluídos respetivamente no TMY (gráfico à esquerda, ano de referência definido como 1900 por convenção) e nas Séries Temporais (gráfico à direita, período de dados abrangendo anos completos desde 1994).
Essencialmente, o TMY é uma tentativa de resumir as condições variáveis num único ano com granularidade horária. Isto resulta em ficheiros mais leves que são fáceis de manusear, mas como consequência, perde-se muita informação valiosa.
Durante a conversão, esta perda de dados ocorre de duas formas. Primeiro, longos períodos são descartados no processo. Em segundo lugar, a agregação de dados de valores sub-horários em valores horários esconde aspectos da variabilidade dos recursos que podem ser úteis.
Além disso, uma vez que cada local pode resultar num conjunto diferente de meses selecionados, o algoritmo TMY torna difícil a comparação entre locais. Esta falta de continuidade espacial também torna o TMY inadequado para a análise regional ou para o ajuste de dados utilizando medições terrestres próximas (adaptação do local).
Figura 2. Representação gráfica do processo de conversão do TMY a partir do TS
Independentemente dos dados descartados durante o seu processo de construção, os conjuntos de dados do Ano Meteorológico Típico (TMY) podem ainda ser úteis para fazer comparações rápidas nas fases iniciais de um projeto de energia solar, quando é normalmente necessária uma prospeção do local ou uma análise de pré-viabilidade.
O tratamento de conjuntos de dados ligeiros tem um efeito nos serviços de dados, tornando as chamadas API mais rápidas. Isto pode ser particularmente útil para aplicações em que é necessário verificar vários sítios num curto período de tempo.
Figura 3. Os valores mensais do Ano Meteorológico Típico são as médias mensais
Uma vez que representa condições típicas e não extremas, o TMY é menos adequado após as fases preliminares iniciais do desenvolvimento do projeto. É exatamente nessa altura que as Séries Temporais podem ser úteis, por exemplo, na conceção de sistemas para suportar as condições mais adversas que possam ocorrer num local específico. Ao realizar estudos financeiros, as Séries Temporais são recomendadas para antecipar anos com retornos mais baixos (ou mais altos).
Em geral, quando é necessária uma caraterização mais detalhada do local, devem ser utilizadas Séries Temporais. Isto inclui o caso da análise da variabilidade a diferentes níveis: interanual, mensal ou sub-horário.
Na prática, quando a capacidade de tratamento de dados do simulador é limitada, podemos considerar as Séries Temporais como a "matéria-prima" para criar produtos de dados secundários, se necessário. Isto significa que, se alguém ainda quiser utilizar "pedaços" de um período de um ano para simulações energéticas, estes podem ser facilmente extraídos das Séries Temporais originais e identificar aqueles que foram particularmente extremos em termos de irradiância solar mais alta ou mais baixa (ou qualquer outro parâmetro meteorológico com influência na conceção e desempenho do sistema FV).
Figura 4. Os valores mensais da série temporal fornecem valores mensais mínimos e máximos, para além das médias mensais
Figura 5. A série temporal permite o cálculo de outras estatísticas, por exemplo, P90, P99, etc.
Embora os conjuntos de dados TMY ainda possam ser úteis quando são necessárias comparações rápidas (normalmente nas primeiras fases do projeto), os conjuntos de dados de séries temporais são necessários para fazer uma análise técnica e financeira de uma central fotovoltaica.
As diferenças mais relevantes entre os dois conjuntos de dados estão resumidas nas tabelas abaixo.
Figura 6. Comparação das caraterísticas dos dados de Séries Temporais e TMY
figura 7.Comparação das aplicações de dados das séries cronológicas e da TMY
Descarregue um exemplo de série temporal aqui (CSV) e um exemplo de ficheiro TMY aqui (CSV).
