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Todos os projectos solares fotovoltaicos começam normalmente com um número simples: o rendimento fotovoltaico anual esperado. À primeira vista, este número parece claro e exato. Na realidade, porém, vem sempre acompanhado de incerteza.

A forma como uma equipa de projeto lida com esta incerteza é muito importante. Influencia a conceção da engenharia, as expectativas dos investidores e o financiamento bancário, muitas vezes de formas que só se tornam visíveis numa fase tardia do ciclo de vida do projeto.

Neste artigo, explicamos porque é que reduzir ativamente a incerteza é mais eficaz do que simplesmente comunicá-la. Também partilhamos formas práticas de o conseguir através de simulações de rendimento fotovoltaico mais inteligentes.

Utilizando um exemplo simples de projeto, mostramos como diferentes abordagens à incerteza podem levar a retornos muito diferentes e criar riscos distintos para engenheiros de projeto, investidores e bancos. Os exemplos são ilustrativos e não se destinam a replicar em pormenor a tomada de decisões em projectos reais, mas a demonstrar como a redução da incerteza pode desbloquear oportunidades de otimização para todos os principais intervenientes.

Para engenheiros de projeto: a clareza permite a otimização

Os engenheiros confiam nas estimativas de rendimento para tomar decisões de projeto. Quando essas estimativas são sólidas e a incerteza é bem compreendida, os engenheiros podem projetar com confiança, adaptando o sistema precisamente às condições do local. Quando a incerteza é mal compreendida ou ignorada, os engenheiros perdem essa precisão.

As escolhas de projeto tornam-se conservadoras por defeito. As margens de segurança aumentam. A otimização dá lugar à aproximação. Por vezes, isto significa adicionar mais equipamento do que o necessário ou confiar em escolhas de dimensionamento conservadoras no projeto elétrico, na disposição e nos pressupostos de perdas. Outras vezes, significa deixar o desempenho de lado. De qualquer forma, a incerteza limita a capacidade dos engenheiros de extrair todo o valor do local.

As otimizações de projeto possibilitadas pela menor incerteza incluem:

  • Dimensionamento elétrico mais rigoroso. A utilização de dados mais precisos permite que a equipa de projeto evite adicionar equipamento elétrico extra "por precaução" O sistema é dimensionado de forma mais precisa para a forma como a fábrica irá efetivamente funcionar, reduzindo componentes desnecessários.
  • Projeto simplificado do balanço da planta. Uma melhor compreensão do sistema permite pequenas simplificações na infraestrutura de apoio, como cabos, estruturas e equipamento auxiliar, sem afetar o desempenho ou a fiabilidade.
  • Modelação de perdas mais precisa. Em vez de assumir perdas conservadoras e fixas, o projeto utiliza melhores dados e modelos para estimar as perdas reais de energia. Deste modo, evita-se a sobrecompensação de perdas que não são susceptíveis de ocorrer.

Para os investidores: a incerteza altera as expectativas

Os investidores raramente avaliam um projeto com base apenas no seu retorno esperado. Em vez disso, concentram-se na gama de resultados possíveis e na resiliência dos retornos em condições menos favoráveis. Quando a incerteza do rendimento é claramente quantificada e comunicada de forma transparente, os investidores podem avaliar o risco de forma mais eficaz e formar expectativas realistas sobre o desempenho a longo prazo.

Quando a incerteza é ignorada ou subestimada, os projectos podem parecer atractivos inicialmente, mas a confiança enfraquece frequentemente durante a devida diligência, à medida que os pressupostos subjacentes são postos em causa. Nesses casos, a perceção do risco de perda aumenta e o caso de investimento torna-se mais difícil de defender.

Por esta razão, os investidores atribuem um valor significativo a dados de produção fiáveis e de longo prazo. É necessária uma qualidade de dados robusta para criar um caso de base defensável, apoiar a análise das desvantagens e facilitar o alinhamento com os requisitos dos financiadores, que são normalmente avaliados utilizando pressupostos mais conservadores.

distribuição

Fig. 1. A distribuição de probabilidade do rendimento energético FV ilustra como o rendimento esperado diminui à medida que o nível de PXX aumenta.

Para os bancos: a incerteza transforma-se em risco de crédito

Os bancos incorporam a incerteza nas decisões de empréstimo, avaliando a capacidade de um projeto para cumprir as suas obrigações de dívida com base em pressupostos conservadores. Quando a incerteza é claramente quantificada e bem compreendida, as estruturas de financiamento podem ser concebidas de forma mais eficiente.

Na prática normal de financiamento de projectos, os fluxos de caixa de base baseiam-se geralmente em estimativas de energia P50. À medida que a incerteza do rendimento aumenta, a diferença entre o P50 e os cenários de produção mais conservadores, como o P90, torna-se maior.

Os financiadores abordam este risco principalmente através de mecanismos estruturais e baseados em acordos. Os acordos são requisitos contratuais que obrigam o projeto a cumprir limites financeiros ou operacionais definidos. As medidas típicas incluem:

  • Montantes de empréstimo mais baixos em comparação com o valor do projeto (limites empréstimo-valor), pelo que o banco empresta menos e assume menos riscos.
  • Margens mínimas de segurança do fluxo de caixa (requisitos DSCR), o que significa que o projeto deve gerar mais dinheiro do que o necessário para pagar a sua dívida.
  • Contas de reserva obrigatórias, onde o dinheiro é reservado antecipadamente para cobrir os pagamentos da dívida e os custos de manutenção se as receitas forem inferiores ao previsto.
  • Limites aos pagamentos de dividendos, para que o dinheiro permaneça no projeto até que as condições financeiras sejam suficientemente fortes.
  • Garantias adicionais ou apoio do promotor do projeto, que proporcionam uma proteção adicional se o projeto não tiver um bom desempenho.

Estas medidas foram concebidas para proteger os mutuantes, mantendo intacto o modelo financeiro de base. Consequentemente, a incerteza dos rendimentos afecta diretamente o montante da dívida que um projeto pode contrair e as condições em que é financiado.

Vantagens de incluir a incerteza nos cálculos e relatórios

Quando a incerteza é ignorada, as partes interessadas são forçadas a proteger-se com pressupostos conservadores. Os engenheiros recorrem a margens de segurança genéricas, os investidores têm dificuldade em compreender a exposição ao risco e os bancos respondem limitando os empréstimos ou tornando as condições mais rigorosas.

Tab. 1. Diferenças entre ignorar e comunicar a incerteza para as principais partes interessadas do projeto.

Ignorar a incerteza

Calcular e comunicar a incerteza

Engenheiros

Confiar em pressupostos genéricos e margens de segurança conservadoras

Alinhar as decisões de projeto mais estreitamente com as condições específicas do local

Investidores

Os retornos negativos não são claros e são difíceis de avaliar

O intervalo de retorno torna-se visível e os riscos são melhor compreendidos

Bancos

Aplicam pressupostos conservadores que limitam o tamanho da dívida

Estruturam os empréstimos com maior confiança e previsibilidade

O cálculo e a comunicação da incerteza aumentam a transparência, mas não eliminam totalmente estas fricções; o risco é mais bem compreendido, mas continua a ter um preço defensivo.

incerteza de venn

Fig. 2. A redução da incerteza do rendimento fotovoltaico é benéfica para o objetivo de cada parte interessada

Simulações de rendimento fotovoltaico mais exactas para reduzir a incerteza

Para reduzir a incerteza, é importante compreender os diferentes factores que a influenciam. Nas simulações de rendimento fotovoltaico, a incerteza provém tanto dos modelos utilizados pelo software como dos dados externos fornecidos pelo utilizador.

Muitas medidas de redução da incerteza podem ser implementadas com um custo adicional baixo ou mesmo nulo, dependendo das ferramentas já utilizadas no projeto. Na maioria dos casos, a chave é escolher o software correto e compreender como os dados de entrada e os modelos são tratados internamente. As avaliações da incerteza devem ser sempre efectuadas com base em dados validados.

As acções práticas incluem:

  • Utilizar conjuntos de dados fiáveis de irradiância solar baseados em modelos comprovados e observações de satélite a longo prazo.
  • Utilizar conjuntos de dados que abranjam longos períodos de tempo para avaliar melhor a variabilidade interanual causada por ciclos climáticos naturais.
  • Evitar confiar apenas em conjuntos de dados médios, como os anos meteorológicos típicos (TMY), que podem ocultar padrões climáticos importantes. Sempre que possível, simular séries históricas completas.
  • Utilize dados de entrada sub-hora para captar efeitos a curto prazo, como picos de potência, cortes do inversor e comportamento térmico, que são muitas vezes ocultados quando os dados são calculados em média a intervalos horários ou mais longos.
  • Efetuar simulações utilizando modelos avançados que reflictam a complexidade real da conceção de instalações fotovoltaicas, como o ray-tracing para perdas ópticas.
  • Estimar perdas adicionais utilizando modelos baseados na física em vez de pressupostos fixos. Substituir as regras de ouro por modelos para efeitos como a sujidade, o albedo e a temperatura.
  • Rever e validar as fichas técnicas dos fabricantes para garantir que o desempenho dos componentes modelados corresponde ao que será efetivamente instalado.

Algumas acções adicionais requerem um investimento adicional, como a instalação de equipamento de medição no solo. Embora isso aumente o custo inicial, é geralmente pequeno em comparação com o CAPEX total da central eléctrica. Em locais complexos ou regiões com validação limitada de dados de satélite, complementar os dados de irradiância de satélite com medições no local e modelos adaptados localmente pode reduzir significativamente a incerteza e aumentar a confiança nos resultados.

Aceitar a incerteza atual ou reduzi-la ativamente

Um projeto pode aceitar a incerteza tal como ela é, ou tomar medidas para a reduzir ativamente. Quando a incerteza é reduzida, as estimativas de rendimento tornam-se mais fiáveis. Isto permite aos engenheiros otimizar os projectos com maior confiança, ajuda os investidores a melhorar os rendimentos mínimos esperados e dá aos bancos mais conforto para estruturar a dívida de forma eficiente.

O impacto destas duas abordagens é ilustrado abaixo através de dois cenários de projeto.

Tab. 2. Diferenças entre aceitar e reduzir a incerteza para os principais intervenientes no projeto.

Aceitar a incerteza atual

Reduzir ativamente a incerteza

Engenheiros

O projeto mantém-se conservador e menos competitivo

A conceção é optimizada, minimizando os riscos de sobreconcepção e subconcepção

Investidores

O caso de investimento é mais fraco devido a uma grande diferença entre os retornos esperados e os conservadores

Os retornos mínimos esperados melhoram e o risco de queda é reduzido

Bancos

A maior exposição ao risco leva à prudência nas decisões de financiamento

Os custos de financiamento diminuem e a estrutura de capital torna-se mais eficiente

Cenário A - "Não vamos fazer nada"

Vamos ilustrar isto com um exemplo de projeto: uma empresa está a desenvolver um projeto solar fotovoltaico de 10 MW. O local tem bom aspeto, o layout é limpo e a produção prevista é de 1500 kWh por kWp. No papel, tudo funciona.

O engenheiro do projeto

O engenheiro executa a simulação de rendimento utilizando dados padrão e um conjunto de dados limitado. Isto inclui pressupostos predefinidos em vez de perdas fisicamente modeladas, conjuntos de dados médios como TMY em vez de séries temporais completas e simulações horárias em vez de resoluções sub-horárias. O resultado parece razoável, mas a incerteza permanece relativamente elevada.

  • Produção prevista (P50): 15 GWh/ano
  • Incerteza do rendimento fotovoltaico: ±10%
  • Produção conservadora (P90): 13.5 GWh/ano

O engenheiro sabe que os números não estão errados, mas também sabe que não são muito rigorosos. Por isso, a equipa decide avançar como está.

Tab. 3. Pressupostos de incerteza utilizados no cenário de amostragem A.

Componente de incerteza

Valor

Notas

Incerteza dos dados de irradiância solar

±7.0%

Conjuntos de dados padrão baseados em satélites com validação local limitada e séries temporais mais curtas

Variabilidade interanual

±5.0%

Variabilidade meteorológica natural de ano para ano no local do projeto

Incerteza da simulação fotovoltaica

±5.0%

Pressupostos de modelação por defeito, modelos de perdas simplificados e resolução de simulação horária

Incerteza do rendimento fotovoltaico total

≈±10%

Combinada utilizando o método da raiz quadrada da soma

O financiador

O banco analisa o projeto utilizando o rendimento energético P90.

  • Com 13,5 GWh/ano a P90, o projeto apenas cumpre o DSCRexigido de 1,25.
  • Para se manter seguro, o banco limita a dívida a 70% do custo do projeto.

Do ponto de vista do banco, o projeto é financiável, mas por pouco. Não há margem para uma alavancagem adicional.

O investidor

O investidor em acções analisa o cenário negativo.

  • Cerca de 4,9% P90 de rendibilidade do capital
  • O projeto funciona, mas a rendibilidade é modesta
  • A eficiência do capital não é grande, mas é aceitável

O projeto chega ao fecho financeiro, mas não é optimizado.

Cenário B - "Vamos reduzir a incerteza"

Uma empresa está a desenvolver um projeto solar fotovoltaico de 10 MW. O local tem bom aspeto, o layout é limpo e a produção prevista é de 1500 kWh por kWp. No papel, tudo funciona.

O engenheiro do projeto

Antes de finalizar o projeto, a equipa toma uma decisão diferente. Investem em melhores dados de irradiância, utilizam séries temporais mais longas e aplicam uma modelação mais detalhada. A energia esperada permanece a mesma, mas a incerteza diminui.

  • A produção esperada do P50 continua a ser de 15 GWh/ano
  • Incerteza reduzida para ±8%
  • A produção esperada de P90 aumenta para 13,8 GWh/ano

Tab. 4. Incerteza dos pressupostos utilizados no Cenário de Amostra B.

Componente da incerteza

Valor

Notas

Incerteza dos dados de irradiância solar

±5.0%

Conjuntos de dados de irradiância de maior qualidade, registos históricos mais longos e validação adaptada ao local

Variabilidade interanual

±5.0%

Variabilidade climática natural de ano para ano no mesmo local (inalterada)

Incerteza da simulação fotovoltaica

±4.0%

Modelação mais detalhada do sistema, maior resolução temporal e modelos de perdas baseados na física

Incerteza total da produção fotovoltaica

≈±8%

Combinada utilizando o método da raiz quadrada da soma

Ainda nada mudou em termos físicos - apenas a confiança nos números. Com uma incerteza menor, o projeto já não precisa de se basear em margens de conceção conservadoras para atingir a energia P90 necessária. Embora a capacidade instalada permaneça nos 10 MW, a conceção pode ser optimizada para reduzir o conservadorismo desnecessário, resultando num custo total do projeto mais baixo.

Os pressupostos de perdas esperadas (tais como perdas por sujidade, temperatura e cablagem) permanecem inalterados. No entanto, a melhoria da qualidade dos dados e a modelação reduzem a incerteza em torno destas perdas. Isto permite uma conceção mais eficiente do balanço da instalação e um custo mais baixo sem alterar o desempenho esperado ou depender de margens de segurança adicionais.

Assim, o projeto é ajustado:

  • Mesma dimensão da central de 10 MWp
  • Melhoria da energia P90 em relação ao Cenário A: 13,8 GWh/ano
  • Custos totais do projeto mais baixos (uma redução de ≈1%)

Não se trata de reduzir a segurança e a durabilidade. O projeto simplesmente já não está sobredimensionado para compensar a incerteza.

O financiador

O banco analisa o projeto atualizado.

  • A energia P90 é superior à anterior: 13,8 GWh/ano
  • O DSCR melhora para 1,29, pelo que há espaço para aumentar a dívida.

Com um risco menor, o banco sente-se confortável em aumentar a alavancagem:

  • a dívida aumenta para 72%
  • o valor do DSCR mantém-se nos mesmos 1,25 do cenário anterior.

Do ponto de vista do mutuante, o risco não aumentou, na verdade, passou a ser melhor compreendido.

O investidor

Agora o investidor olha para o cenário negativo.

  • Energia P90 mais elevada do que no cenário A
  • O RoE P90 aumenta para cerca de 5,4%
  • O RoE do P50 aumenta para cerca de 7,8%

Obteve-se um aumento do RoE mínimo esperado, com menos capital necessário para o investidor.

Resumo dos resultados

À primeira vista, os dois projectos parecem muito semelhantes. Fornecem a mesma energia financiável e cumprem o mesmo requisito de DSCR. O local, a tecnologia e as condições de mercado não mudaram. A única diferença é a forma como a incerteza é tratada.

A redução da incerteza é conseguida através da mudança dos dados existentes e da configuração do software para uma solução mais avançada. Assume-se que o custo adicional desta mudança é insignificante em comparação com as potenciais poupanças de capital, ao mesmo tempo que se aumenta a produção esperada ao nível de confiança P90.

A comparação no quadro abaixo mostra que a redução ativa da incerteza altera o desempenho do mesmo projeto.

  • No cenário A, a incerteza mais elevada deve ser compensada através de restrições mais rigorosas em matéria de empréstimos e de uma menor eficiência de capital.
  • No cenário B, a redução da incerteza diminui a diferença entre os resultados esperados e os resultados conservadores, reforçando o cenário negativo utilizado pelos mutuantes e investidores e permitindo decisões de financiamento mais eficientes.

Se necessário, podem ser obtidas reduções adicionais da incerteza através de campanhas de medição específicas do local e de serviços de consultoria especializados, oferecendo oportunidades adicionais para melhorar a eficiência do projeto e o desempenho financeiro.

Tab. 5. Comparação de dois cenários de incerteza para um projeto de amostra.

CENÁRIO A

CENÁRIO B

Produção específica

1.500 kWh/kWp

1.500 kWh/kWp

Custo fotovoltaico por kWp

$0.70

$0.70

Preço da energia por kWh

$0.038

$0.038

P50 Produção anual de energia

15.000 MWh

15.000 MWh

Incerteza (P90)

±10%

±8%

P90 Produção Anual

13.500 MWh

13.800 MWh

Tamanho do projeto

10.00 MWp

10.00 MWp

Custo total do projeto

$7,000,000

$6,950,000

Prazo do empréstimo

20 anos

20 anos

Taxa de juros

5.50%

5.50%

Dívida (%)

70%

72%

Capital próprio (%)

30%

28%

Dívida ($)

$4,900,000

$5,004,000

Capital próprio ($)

$2,100,000

$1,946,000

DSCR (P90)

1.25

1.25

RoE (P50)

7.6%

7.8%

RoE (P90)

4.9%

5.4%

Conclusões

A forma como um projeto fotovoltaico lida com a incerteza do rendimento tem consequências que vão muito além da precisão de uma previsão energética a longo prazo. A mesma produção esperada pode conduzir a projetos, estruturas de financiamento e resultados de investimento muito diferentes, dependendo do nível de incerteza associado a essa estimativa.

As soluções de software modernas permitem reduzir ativamente a incerteza através de dados de entrada de maior qualidade e modelos mais precisos. Esta mudança permite uma otimização técnica mais sólida, estruturas financeiras mais resilientes e uma maior confiança entre as partes interessadas.

O impacto da redução da incerteza já não é teórico:

  • Projetos com produção esperada idêntica podem apresentar resultados muito diferentes, dependendo da forma como a incerteza é tratada.
  • Dados e modelação melhorados podem permitir a otimização e a eficiência de capital, embora os benefícios dependam das restrições do projeto e da aceitação das partes interessadas.
  • Dados e modelação avançados reduzem a incerteza nas estimativas de rendimento fotovoltaico, mas não eliminam riscos irredutíveis, como a variabilidade climática interanual ou as tendências meteorológicas a longo prazo.

A redução da incerteza é uma alavanca competitiva, não um eliminador de riscos: reforça a confiança e a resiliência face a cenários adversos, enquanto os riscos mais amplos do mercado, da rede e regulatórios continuam a ser decisivos. O seu impacto varia, portanto, consoante a região, uma vez que cada mercado tem os seus próprios fatores críticos, restrições e condições de financiamento que determinam a forma como a incerteza influencia os resultados do projeto.

Reduzir a incerteza do rendimento fotovoltaico não altera a intensidade da radiação solar. Não elimina o risco do projeto, mas, quando aplicada de forma eficaz, oferece uma oportunidade para criar uma vantagem competitiva duradoura para o projeto.

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Um dos resultados mais críticos das simulações fotovoltaicas é a estimativa do rendimento energético anual P50. Muitas vezes referido como a "melhor estimativa", o valor P50 representa o rendimento energético anual que tem 50% de probabilidade de ser excedido (com uma probabilidade igual de 50% de o rendimento real ficar abaixo desse valor).
No entanto, confiar apenas no valor P50 pode ser demasiado otimista para os intervenientes no projeto. Para resolver este problema, são normalmente utilizadas estimativas de rendimento baseadas em probabilidades adicionais, por exemplo, o valor P90, que indica o rendimento energético que se espera que seja excedido em 90% das vezes.

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