Dimensionamento de um Sistema de Armazenamento de Energia para Edifícios Residenciais Utilizando Energia Solar Fotovoltaica

Abstract

Nos dias de hoje, os investimentos em energias renováveis apresentam-se como o futuro energético mundial, mais concretamente a energia solar fotovoltaica, pois a sua fácil integração em edifícios é uma vantagem digna de destaque. Como tal, Portugal, sendo um país que oferece condições climatéricas privilegiadas para a introdução deste tipo de sistemas, pretende acompanhar o crescimento mundial desta tecnologia.Tendo em conta o atual tarifário adotado em Portugal, que veio incentivar ao autoconsumo da energia produzida pelos painéis fotovoltaicos, oferecendo penalizações na receita da energia enviada para a rede, tornou-se importante arranjar soluções para minimizar as trocas de energia entre a habitação e a rede. Posto isto, e para acompanhar o crescimento e custo decrescente destes sistemas torna-se importante a adoção de soluções a nível residencial que visem armazenar a energia produzida nas horas de maior radiação solar.A presente dissertação pretende efetuar o dimensionamento de sistemas painéis solares fotovoltaicos com armazenamento de energia através de baterias de iões de lítio, considerando para isso quatro casos de estudo, utilizando baterias com diferentes percentagens (30%, 60%, 80% e 100%) de capacidade de armazenamento de energia efetiva, face ao consumo médio diário de uma habitação portuguesa, correspondendo a baterias com capacidades de 5,12 kWh, 10,2 kWh, 12,8 kWh e 16,64 kWh, respetivamente.Para simular o funcionamento dos sistemas, foi utilizando um software em Matlab-Simulink® criado pelo projeto EMSURE, com o qual se pretendeu avaliar as trocas de energia entre o edifício e a rede e estado de carga das baterias para diferentes alturas de um ano. Foi também feita uma análise às poupanças obtidas com a adoção de cada um dos casos de estudo em relação a um caso de referência sem armazenamento, relativamente às trocas de energia com a rede. Seguidamente, foi feita uma análise económica com o objetivo de verificar qual dos cenários era o mais vantajoso considerando os preços atuais e as projeções para o ano de 2020 das baterias. Para isso, foi calculado o custo anual do sistema no que toca a trocas de energia com a rede, para determinar o Valor Atual Liquido e o payback dos sistemas. Por fim foi realizada uma análise de sensibilidade considerando a variação de custo das baterias e da taxa de juro.Posteriormente, a toda esta análise achou-se por bem considerar mais dois cenários distintos, e efetuar uma análise semelhante às anteriores. O primeiro cenário com uma bateria com 15% de capacidade de armazenamento de energia efetiva e um segundo caso de estudo onde se considerou o dobro da geração fotovoltaica, assim como o dobro do consumo por parte da habitação.

Nowadays, investments in renewable energies are presented as the global energy future, more specifically solar photovoltaic energy, since its easy integration into buildings is a worthy advantage. As such, Portugal, being a country that offers privileged climatic conditions for the introduction of this type of systems, intends to follow the worldwide growth of this technology.Considering the current tariff adopted in Portugal, which encouraged the self-consumption of energy generated by photovoltaic panels, offering penalties on the energy sent to the grid, it has become important to find solutions that aim to minimize the exchange between the household and the grid. Given this, and to follow the growth and decreasing cost of these systems, it is important to adopt solutions that aim at storing the energy generated in the hours of higher solar radiation.The present dissertation intends to carry out the sizing of photovoltaic solar panels with energy storage through lithium ion batteries, considering four case studies using batteries with different percentages (30%, 60%, 80% and 100%) of effective energy storage capacity compared to the average daily consumption of Portuguese housing, corresponding to batteries with 5.12 kWh, 10.2 kWh, 12.8 kWh and 16.64 kWh of capacity, respectively.In order to simulate the operation of the systems, a software in Matlab-Simulink® developed by the EMSURE project was used, which intends to evaluate the energy exchanges between the building and the grid and the State of Charge of batteries for different periods of one year. An analysis of the savings obtained with the adoption of each of the case study in relation to a reference case without storage was also made, considering the energy exchange with the grid.For this purpose, it was calculated the annual cost of the system with respect to energy exchanges with the grid considering the actual and the projected costs of batteries to 2020, and after that the Net Present Value and the payback of the systems were assessed. Finally, a sensitivity analysis was made considering the variation of battery costs and interest rate.Subsequently, to this whole analysis, it was considered two more distinct scenarios, performing an analysis like the previous ones. The first scenario had a battery with 15% of effective energy storage capacity, and for the second case study it was considered the double of photovoltaic generation, as well as twice the consumption by the housing.