Uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Osaka, no Japão, propôs um novo método de controle de taxa de rampa que utiliza o resfriamento do módulo fotovoltaico.
A taxa de rampa refere-se à velocidade em que a saída de um sistema fotovoltaico muda devido às condições ambientais em um determinado momento, e controlá-la pode melhorar a estabilidade da rede.
Os métodos tradicionais para gerenciar flutuações de curto prazo usam sistemas de armazenamento de energia de bateria (BESS), geração de energia controlável por combustível ou despejo de cargas. “O método proposto tem baixo custo do sistema e impacto ambiental porque não requer a operação de uma turbina a gás ou uma bateria de grande capacidade”, explicou o grupo. “Além disso, a energia economizada durante as flutuações de potência de saída não é descartada, mas efetivamente utilizada na unidade de resfriamento fotovoltaico.”
No coração do sistema está um método de controle que usa demanda de energia, informações meteorológicas e previsões de geração fotovoltaica da microrrede relevante como entradas. Esse problema de otimização é formulado matematicamente e os melhores resultados podem ser obtidos por um solucionador matemático que pode ser executado online, utilizando plataformas como o Raspberry Pi.
O controlador então decide iniciar uma de quatro situações possíveis.
Na situação 1, a energia fotovoltaica corresponde à demanda, sem flutuações significativas na produção e sem resfriamento sendo ativado. Na situação 2, a potência fotovoltaica excede a demanda e a unidade de resfriamento é ativada, o que evita picos de energia na rede à medida que os módulos produzem mais energia.
Na situação 3, quando um aumento repentino de energia é necessário devido a uma queda repentina na irradiação solar ou um aumento acentuado na demanda, a unidade de resfriamento é desligada ou sua atividade é reduzida e a energia é enviada para a rede. Na situação 4, a temperatura do painel aumenta gradualmente devido à parada da unidade de resfriamento e o aumento de potência é encerrado.
Para verificar a validade do método proposto, o grupo testou-o em uma simulação. Isso inclui um modelo de microrrede localizado em Oldenburg, na Alemanha; um sistema fotovoltaico composto por 5.000 painéis que somam uma potência máxima de 1 MW; uma unidade de resfriamento com um coeficiente de desempenho variável (COP); e uma pequena bateria com capacidade de carga, usada para auxiliar o sistema.
O novo sistema foi comparado a um sistema usando BESS no outono, inverno, primavera e verão. Para cada estação, teve um período de medição de 15 minutos pela manhã, meio-dia e noite.
“A eficácia do nosso método foi validada por simulação baseada em dados do mundo real, que mostraram reduções nas taxas médias e máximas de rampa de 43,5% e 76,2%, respectivamente, em comparação com as soluções tradicionais de armazenamento de bateria”, disse a equipe. “Notavelmente, essas melhorias foram alcançadas com uma unidade de resfriamento com um coeficiente de desempenho inferior a dez e uma capacidade mínima de bateria de 20 kWh, destacando a eficiência do método e seu potencial para reduzir significativamente os custos do sistema e os impactos ambientais em comparação com as estratégias de controle tradicionais.”
Os resultados também mostraram que um sistema tradicional exigiria uma bateria de 100 kWh para mostrar a mesma taxa média e máxima de rampa que o novo método alcançou com uma bateria de 20 kWh. “Em outras palavras, o método proposto reduziu a capacidade necessária da bateria em quase 80%”, concluiu a equipe.
O método e sua demonstração foram apresentados em ““Enhancing grid stability in PV systems: A novel ramp rate control method utilizing PV cooling technology“, publicado em Applied Energy.A pesquisa foi conduzida por cientistas do Japão, da Universidade de Osaka, bem como a organização belga de pesquisa e desenvolvimento, o Centro Interuniversitário de Microeletrônica (imec) e a Universidade Católica de Lovaina (KU Leuven).
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