Simulação de Soluções de Autoconsumo Fotovoltaico .IV Abstract Electricity consumers in Portugal

  • View
    214

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Simulação de Soluções de Autoconsumo Fotovoltaico .IV Abstract Electricity consumers in Portugal

Simulao de Solues de Autoconsumo Fotovoltaico

Viabilidade do Armazenamento no Sector Residencial

Pedro Miguel Rosa da Silva Costa

Dissertao para obteno do Grau de Mestre em

Engenharia Mecnica Energias

Orientadores:

Prof. Carlos Augusto Santos Silva

Eng. Maria Joo dos Santos Rodrigues

Jri:

Presidente: Prof. Mrio Manuel Gonalves da Costa

Vogal: Prof. Carlos Augusto Santos Silva

Vogal: Diana Pereira Neves

Maio de 2016

II

III

Agradecimentos

A presente dissertao foi possvel graas ajuda e disponibilidade dos meus orientadores. Eng.

Maria Joo Rodrigues muito obrigado por me ter ensinado alguns conceitos-chave abordados e apoiado

nos momentos de maior indefinio. Ao Professor Carlos Augusto Silva por ter aceitado entrar neste

barco a meio e pela importante ajuda na fase de definio do documento. Quero, tambm, agradecer

ao Professor Paulo Ferro por me ter inspirado e guiado na fase de definio do tema da presente

dissertao.

Agradeo a toda a minha famlia, pelo apoio que sempre me deram em todas as etapas da minha vida.

Em especial aos meus pais, que sempre fizeram tudo por mim e foram o meu apoio e inspirao

principal desde que me conheo.

Por fim, no fim desta etapa quero agradecer tambm aos meus amigos, os velhos e os novos, que me

ajudaram bastante nesta aventura.

IV

Abstract

Electricity consumers in Portugal are becoming also producers of photovoltaic energy, with the end of

the feed-in tariff (FIT) regime and the implementation of the self-consumption policy at the end of 2014.

According to the old regime, producers benefited from selling the produced energy. The existing policies

encourage the consumption of local production. Therefore, the production systems should be

dimensioned according to the consumption demand. This thesis analyses the financial viability of

residential PV self-consumption systems, considering the possibility of using energy storage in the form

of batteries.

In order to study different systems, different production and consumption profiles were used. Production

was based on simulations in three different locations in Portugal. Demand is based on three measured

consumption profiles from Portuguese homes. A MATLAB routine was developed to simulate the energy

flows and the performance of the components in the different systems, calculating also economic and

energy-based indicators that allow the comparison between solutions. The purpose of this analysis is

also to understand how the location, type of consumer and the storage managing options influence the

viability of the whole system. Two storage technologies were modelled: lead-acid and-lithium ion.

Direct self-consumption in Portugal is encouraged by this studys results. Storage turned out to be the

best option for the higher consumption profiles, if it is correctly managed by charging the batteries from

the public grid during off-peak hours. Lithium-ion batteries proved to have a superior performance,

although the economic results were similar to the ones obtained with lead-acid batteries, due to the price

difference. Location has a considerable importance for the financial outcome of the projects, even in a

small country like Portugal.

Keywords: solar PV, residential, self-consumption, modelling, storage, lead-acid, lithium-ion.

V

VI

Resumo

Em Portugal h consumidores de eletricidade que passaram a ser produtores-consumidores de energia

fotovoltaica, com o fim do regime de tarifas bonificadas e a entrada em vigor do regime de autoconsumo,

em finais de 2014. Segundo o antigo regime, os produtores tinham como objetivo vender a energia

produzida. O atual regime de autoconsumo encoraja o consumo da produo local, devendo ser a

produo adequada s necessidades de consumo. A presente tese analisa a viabilidade econmica de

sistemas residenciais em autoconsumo fotovoltaico, considerando a possibilidade de utilizar

armazenamento sob a forma de baterias.

Os sistemas analisados partem de simulaes de produo em trs localizaes e trs perfis de

consumo tpicos, medidos em contexto real no nosso pas. Foi desenvolvida uma rotina em MATLAB

que simula os fluxos energticos e desempenho dos componentes dos diferentes sistemas analisados,

alm de calcular indicadores econmicos e energticos que permitem comparar as diferentes solues.

O propsito da anlise passa tambm por entender a influncia da localizao, do perfil de consumo e

da gesto aplicada ao armazenamento. Foram modeladas duas tecnologias diferentes de baterias, de

modo a entender qual ser a mais vantajosa: chumbo-cido e ies de ltio.

A prtica de autoconsumo direto ou instantneo em Portugal apoiada pelos resultados obtidos. O

armazenamento revelou ser a melhor opo para perfis com consumos mais elevados, se este for

gerido com carregamentos a partir da rede pblica em horrio de vazio. O desempenho das baterias

de ltio demonstrou ser superior, tendo tido resultados econmicos equiparveis s baterias de chumbo-

cido, devido diferena de preos. Mesmo tratando-se de um pas relativamente pequeno, a

localizao revelou alguma influncia sobre os resultados de viabilidade econmica obtidos.

Palavras-chave: solar fotovoltaico, residencial, autoconsumo, modelao, armazenamento, chumbo-

cido, ies de ltio.

VII

VIII

ndice

Abstract................................................................................................................................................... IV

Resumo .................................................................................................................................................. VI

Lista de Figuras ....................................................................................................................................... X

Lista de Tabelas ..................................................................................................................................... XI

Lista de Abreviaturas ............................................................................................................................. XII

1 Introduo ........................................................................................................................................ 1

1.1 Enquadramento e Motivao ................................................................................................... 1

1.2 Objetivo e Estrutura ................................................................................................................. 4

2 Reviso Bibliogrfica ........................................................................................................................ 6

2.1 Tecnologias de Armazenamento ............................................................................................. 6

2.1.1 Baterias de Chumbo-cido .................................................................................................. 7

2.1.2 Baterias de Ies de Ltio ...................................................................................................... 8

2.2 Autoconsumo com Armazenamento ....................................................................................... 9

2.2.1 Sistemas Isolados da Rede Pblica .................................................................................... 9

2.2.2 Sistemas Ligados Rede Pblica ....................................................................................... 9

2.2.3 Perfis de Produo e Consumo ........................................................................................... 9

2.2.4 Modelao de Armazenamento de Energia ...................................................................... 10

2.2.5 Modelao de Componentes ............................................................................................. 11

2.2.6 Dimensionamento/Otimizao do Sistema ....................................................................... 11

2.2.7 Anlise de Viabilidade ....................................................................................................... 11

2.2.8 Sntese ............................................................................................................................... 14

2.3 Avaliao Econmica ............................................................................................................ 16

2.4 Concluses ............................................................................................................................ 19

3 Autoconsumo ................................................................................................................................. 21

3.1 Definio e Objetivos ............................................................................................................. 21

3.2 Enquadramento Legal ........................................................................................................... 23

3.2.1 Requisitos .......................................................................................................................... 23

3.2.2 Taxas de Registo ............................................................................................................... 2