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ASES: PROGRAMA PARA ANÁLISE DE SISTEMAS EÓLICOS ESOLARES FOTOVOLTAICOS

Wilson Negrão Macêdo e João Tavares PinhoGrupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas, DEEC/CT/UFPA

Caixa postal 8605 – Ag. Núcleo Universitário, CEP 66.075 – 900, Belém, PAFone/Fax: 91 2111299, e-mail: wnmacedo@iee.usp.br

RESUMO

Este trabalho apresenta um programacomputacional para análise de sistemas eólicos esolares fotovoltaicos (ASES), desenvolvido nalinguagem de programação Visual Basic 6.0, com oobjetivo de oferecer uma fácil interação com ousuário. Sua finalidade principal é possibilitar aanálise do potencial energético, dimensionar eestudar sistemas de energia eólicos e fotovoltaicos, apartir de informações básicas das características daspotencialidades energéticas locais e dosequipamentos de geração.

O programa é constituído por dois módulosindependentes, um para análise de sistemas eólicos eoutro de sistemas fotovoltaicos, ambos incluindo otratamento dos dados meteorológicos disponíveis.Esses módulos podem ser interligados, constituindoum pacote mais completo e possibilitando umaanálise mais ampla da interligação das duas fontesem um único sistema híbrido.

Para demonstrar a aplicabilidade doprograma, é feito um estudo de caso para um sistemahíbrido de pequeno porte, instalado em umalocalidade isolada da rede elétrica da concessionária.Esse estudo demonstra claramente a importância daescolha da turbina adequada ao regime de ventolocal e a possibilidade de complementariedade entreas fontes solar e eólica para a localidade estudada.

ABSTRACT

This work presents a computationalprogram to analyse wind and solar photovoltaicsystems (ASES), developed in the Visual Basic 6.0

programming language, which has the purpose ofoffering an easy interaction with the user. Theprogram’s main advantage is to make it easy for theuser to analyze the energy potential, to design and tostudy wind and photovoltaic energy systems, startingfrom information of the local characteristics and thegenerators.

The program is composed of twoindependents modules; one to analyse the windsystem and another to analyse the solar photovoltaic

system, both including the processing of themeteorological data available. The individualmodules can be put together in a package to allowfor a more complete analyse of the two sources inonly one hybrid system.

To show the applicability of the program, acase study is used here for a stand-alone hybridsystem. This study clearly shows the importance ofthe right choice of the wind turbine to match thewind characteristics of the site and the possibility ofcomplementarity between the wind and solar sourcesfor the studied site.

1 - INTRODUÇÃO

O Brasil possui uma grande quantidade depequenas, médias e grandes ilhas ou comunidades,que estão longe dos grandes centros urbanos, e nãoconectadas à rede elétrica convencional, dependendoda queima de combustível para produção de energiaelétrica. Muitos desses locais apresentam evidênciaspara a penetração de turbinas eólicas e módulosfotovoltaicos para produção de eletricidade,irrigação, entre outros usos. Porém, um númeromuito pequeno de geradores eólicos e fotovoltaicostem sido utilizado. Indicativos das capacidadesinstaladas dessas tecnologias estão no fato de que,até anos recentes, poucos sistemas tradicionais parabombeamento estavam em operação suprindopotência mecânica, ou pequenos sistemas paraprodução de energia elétrica.

Futuramente, mais instalações estão sendoprevistas, e há uma crescente necessidade deanalisar-se as condições dos recursos energéticos decada local em particular, de modo a se estabeleceruma base de dados confiáveis. Devido àscaracterísticas individuais de cada local, em termosda disponibilidade dos recursos solar e eólico e dademanda de energia elétrica, faz-se necessárioanalisar cada caso em particular.

O estudo das características da radiação solar edo vento em um local em particular está relacionadoaos seus potenciais para produção de eletricidade,com o objetivo de substituir ou complementar ossistemas a diesel convencionais. A análise da

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expansão, substituição ou implementação maisadequada é um problema típico de planejamento. Asanálises da expansão dos sistemas de potência deuma área isolada, diferem daquelas dos grandescentros urbanos, uma vez que uma área isolada nãotem a vantagem do fornecimento de energia porparte da rede elétrica convencional e interconexãocom outros sistemas. Nesse sentido, é fundamental acombinação de fontes alternativas que possam serutilizadas localmente.

Em termos de uso de energia elétrica, áreasisoladas são aquelas que não podem ser conectadas àrede elétrica convencional, devido a razõeseconômicas ou técnicas. A impossibilidadeeconômica e técnica de conectar-se áreas isoladascom a rede elétrica convencional pode resultar dadistância entre a rede e a localidade, ou do fato destaestar localizada em zonas inconvenientes para aconexão.

O planejamento adequado dependeessencialmente das fontes disponíveis para geraçãode eletricidade. Os tipos de fontes disponíveisdiferem de local para local. Uma ilha, por exemplo,pode ser um local aceitável para uma geração quecombine geradores eólicos e fotovoltaicos.

Sistemas eólicos e fotovoltaicos (FV)autônomos são tecnologias consolidadas parasuprimento de eletricidade em locais isolados, longeda rede de distribuição e, em alguns casos, não tãoisolados, em que estes possam ser conectados à redeelétrica de distribuição local. Se bemdimensionados, eles proporcionam um serviçoconfiável e diminuem a necessidade do suprimentode combustível para geradores a diesel.

Os locais para implantação de sistemashíbridos solar-eólico devem ser selecionados combastante cuidado, principalmente com relação àenergia eólica, para se ter certeza de que a melhorvelocidade de vento foi encontrada em umadeterminada área selecionada. Medidas daspropriedades dos recursos eólico e solar em umalocalidade são importantes para evitar erros deprojeto dos sistemas de geração a serem implantadosno local.

Com esse objetivo, destaca-se o interessedo Grupo de Estudos e Desenvolvimentos deAlternativas Energéticas (GEDAE) nodesenvolvimento de programas computacionais quepossam auxiliar no dimensionamento, planejamentoe expansão de sistemas fotovoltaicos e/ou eólicospara geração de eletricidade. Esses programas têmcomo principal vantagem possibilitar o estudo dossistemas com base em informações geralmentedisponíveis para o usuário.

A seguir são apresentados o programadesenvolvido, algumas simulações obtidas a partirda execução do programa desenvolvido, utilizandodados obtidos de um projeto implantado em umalocalidade do interior do estado do Pará [1], bemcomo sugestões para melhoria do atendimento da

carga, pela inserção de um sistema solarfotovoltaico.

2 - PROGRAMA PARA ANÁLISE EDIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS

EÓLICOS E SOLARESFOTOVOLTAICOS

O programa computacional utilizado foidesenvolvido na linguagem de programação VisualBasic 6.0, sendo constituído basicamente de doismódulos, que têm como principais vantagensproporcionar uma fácil interação com o usuário epossibilitar, a partir de informações mínimas, aobtenção de uma série de informações de essencialimportância para o estudo e projeto de sistemasalternativos que utilizem as fontes eólica e/ou solar.

2.1 – MÓDULO PARA ANÁLISE DESISTEMAS EÓLICOS

O módulo para análise de sistemas eólicos,ao ser carregado, apresenta a tela inicial ilustrada nafigura 1. Primeiramente, os dados de velocidade devento são utilizados como entrada, através de sériestemporais horárias [2]. Essas informações podem serobtidas através de medidas na própria localidade emque se deseja fazer o estudo (maior confiabilidadedos resultados), ou extraídos de programasconsolidados tal como, METEONORM 4.0 [3].Essas informações devem ser organizadas em umarquivo com extensão DAT, que será lido peloprograma. Esse arquivo de dados deve conter as8760 médias horárias, correspondentes a um ano deregistros de velocidade de vento, no formato de umaúnica coluna, sendo que a primeira linha do arquivocorresponde à primeira média horária do ano e aúltima linha à última média horária do ano (denúmero 8760). Esse formato foi utilizado pela suagrande simplicidade, facilitando a entrada de dadospara o usuário. Por outro lado, esse tipo deorganização tem como inconveniente a necessidadeda seqüência correta dos dados, de acordo com aépoca do ano. Se o usuário tiver os dados referentesa um período do ano, como por exemplo, janeiro amarço, e quiser analisar esses dados, terá queorganizá-los de tal maneira que a primeira linhacorresponda ao primeiro valor, e a última ao valor denúmero 2.160 e, posteriormente, selecionar a opçãoreferente a este período na tela, para leitura doarquivo de dados.

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Figura 1 – Tela inicial do módulo eólico.

Após à leitura do arquivo de dados develocidade de vento, três opções sãodisponibilizadas na tela do programa, permitindo aousuário selecionar o período de análise, que pode seranual, sazonal ou mensal, tal como ilustra a figura 2.Dessa forma, é possível se fazer a análise dopotencial eólico para o período desejado.

Figura 2 – Tela para leitura do arquivo de dados

Após a leitura do arquivo de dados, osbotões da figura 1 são abilitados, dando opções aserem estudadas. Pressionando-se o botão com onome Tratamento de Dados, a tela da figura 3surge no monitor do computador, e o usuário podeanalisar o regime dos ventos em termos de suasmédias mensais, diárias e horárias. Essa análise dáao usuário uma boa caracterização do regime dosventos para uma determinada região, no período deum ano de dados de velocidade de vento [4, 5 e 6].

Figura 3 – Tela para o cálculo de médias horárias, diárias emensais.

Além das análises das distribuições deWeibull, Rayleigh e Normal, quatro parâmetrosimportantes são calculados a partir da figura 1:

1) A densidade de energia disponível novento é calculada a partir das médiashorárias de velocidade para o períodoanalisado;

2) A densidade de energia disponível novento é calculada a partir dadistribuição de Weibull para o períodoanalisado;

3) A densidade de energia disponível novento é calculada a partir dadistribuição de Rayleigh para o períodoanalisado;

4) A velocidade de projeto obtida a partirda distribuição da densidade de energiaobtida por Weibull, corresponderá àvelocidade para a qual se obtém amaior densidade de energia para operíodo analisado.

Esses parâmetros são muito importantespara a avaliação do recurso eólico do local, bemcomo para a especificação da turbina eólica a serutilizada para geração de eletricidade [7].

Para o cálculo da energia gerada por umaturbina eólica em um determinado período, é defundamental importância ter-se o conhecimento dadistribuição de freqüência da velocidade do ventopara o mesmo. Dessa forma, ainda referindo-se àfigura 1, quando o botão com o nome Distribuição eAnálise de Desempenho é pressionado, a seguintetela do programa é carregada.

Figura 4 – Tela para análises da distribuição de freqüência davelocidade do vento e do desempenho da(s) turbina(s) em termos

de produção de energia anual e suas variações sazonais.

A partir dessa tela, o usuário é capaz decalcular a distribuição de freqüência, obterhistogramas, traçar curvas de freqüência acumuladae duração, além de estudar o desempenho de uma atétrês turbinas, através de suas curvas de potência, oude uma determinada turbina, através dos modelosmatemáticos, os quais têm a vantagem deproporcionar bons resultados a partir de algumas

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informações referentes à turbina eólica. A figura 5,ilustra a tela para entrada de dados da curva depotência e a figura 6 mostra o relatório técnico dageração anual da ou das turbinas analisadas[8, 9 e 10].

Figura 5 – Tela para análise de desempenho de turbinas eólicasutilizando dados das curvas de potência das mesmas.

Figura 6 – Energia anual de saída em função da velocidade dovento (comparação da saída anual entre turbinas eólicas).

2.2 – MÓDULO PARA ANÁLISEDE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

A tela inicial deste módulo do programa éilustrada na figura 7. Ela contém uma série deinformações relacionadas às características deoperação do módulo fotovoltaico que devem serinformadas ao programa. Se o usuário não tiveracesso a essas informações, ele deve pressionar obotão Localizar, e, em seguida, digitar a palavraPadrão ou simplesmente Pad para encontrar oscoeficientes correspondentes ao módulo dereferência. Além disso, o programa contém umbanco de dados com uma série de móduloscomerciais, os quais podem ser selecionados atravésdo objeto de acesso ao banco de dados, denominadode Selecione o Módulo, na parte inferior direita datela (figura 7).

Figura 7 – Tela inicial para análise de sistemas FV. Entrada dedados contendo as características do módulo utilizado para

análise.

A desvantagem desse tipo de entrada dedados está relacionada ao número de variáveis aserem informadas ao programa; porém, isso ésolucionado a partir do momento que sedisponibiliza ao usuário um valor padrão (“default”)para o qual o usuário possa executar o programa. Poroutro lado, o programa pode fazer análises e cálculosconsiderando os efeitos da temperatura e da radiaçãosolar no desempenho dos módulos, o que os tornamais confiáveis e precisos [11, 12, 13 e 14].

Escolhido o tipo de módulo e o arranjo, ousuário pode prosseguir na execução do programa,pressionando o botão OK para carregar a teladenominada Parâmetros Geográficos do Local, talcomo ilustra a figura 8. Nessa etapa do programa, ousuário terá a opção de ler um arquivo de dados comum formato pré-definido, tal como ilustra a figura 9,que contém informações sobre a localização(latitude e longitude) e as 8.760 médias horárias de:radiação global no plano horizontal, temperaturaambiente, e velocidade do vento local ao nível deinstalação dos módulos.

Essas informações são necessárias para seobter as médias mensais que são utilizadas pelomodelo usado no código do programa, além de que,de maneira análoga à apresentada no item anterior, ousuário pode avaliar o potencial energético dorecurso solar em termos de suas médias mensais edistribuição anual de freqüência. Dessa forma, sãoobtidas informações importantes para análise edimensionamento dos sistemas solares. Se o usuáriodispuser dos valores médios mensais de radiação,temperatura e velocidade de vento, ele poderá entrarmanualmente com esses valores nos seus respectivoscampos, tal como mostra a figura 8.

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Figura 8 – Tela para análise dos parâmetros geográficos do local.

Figura 9 – Formato do arquivo a ser lido pelo programa.

Após o usuário ter disponibilizadas asinformações sobre a radiação, temperatura evelocidade de vento local, ele pode prosseguir naexecução, pressionando o botão Calcular, fazendocom que o programa calcule o melhor ângulo deinclinação para os módulos, em termos da radiaçãomédia anual disponível no plano do coletor[12 e 15].

Posteriormente, aciona-se o botão OK, quecarrega a tela em que constam os valores médioscalculados, que definem a condição de operação domódulo FV. Essas informações são importantes parao dimensionamento de sistemas de geração. A figura10 ilustra essa tela, que permite ao usuário alterar,além da condição de trabalho dos módulos FV, osvalores referentes à área e ao número de células dosmesmos, permitindo, assim, verificar a influênciadesses parâmetros na operação dos módulos e,conseqüentemente, na produção de energia.

Uma tela com duas opções para o cálculodo dimensionamento de sistemas fotovoltaicos eduas para a análise é disponibilizada tal comomostra a figura 11.

Figura 10 – Condições de operação do módulo.

Figura 11 – Opções de cálculo e análise oferecidas pelo programa.

Escolhendo-se a opção denominada deCurva I-V e P-V, o programa carrega a telamostrada na figura 12, onde o usuário podevisualizar as curvas de tensão versus corrente(I-V) e potência versus tensão (P-V), para o arranjonas condições de trabalho anteriormenteespecificadas. Esse aspecto é importante na escolhado módulo a ser utilizado [16].

Figura 12 – Tela para a análise das características I-V e P-V doarranjo FV.

Na opção denominada de Análise dedesempenho, o usuário pode simular o desempenhode um arranjo FV, pré-definido na tela inicial destemódulo do programa, ou simular o desempenho deum sistema FV, previamente dimensionado através

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da opção Multi-uso. A figura 13 ilustra a tela para aentrada de dados para essa análise, onde asinformações necessárias referem-se basicamente aoposicionamento do arranjo, dados horários detemperatura ambiente e carga, considerando apenasas 12 horas do dia (6 às 18 h), o dia juliano para oqual se deseja fazer a análise, e as características dosistema de condicionamento e armazenamento depotência.

Figura 13 - Tela para entrada de dados para análise dedesempenho de sistemas FV.

Fornecidas as informações necessárias aoprograma, o usuário pode visualizar, através databela denominada de Desempenho Diário (figura13) e do botão Calcular, as características deoperação do sistema tais como: eficiência do arranjo,energia de saída, carga, energia de saída excedente, efração da carga atendida, com e sem o banco debaterias. Na tabela denominada de DesempenhoAnual, pode-se visualizar graficamente as variaçõessazonais de desempeno do sistema, considerando omesmo perfil de carga especificado na tabela deentrada de dados ao longo de todo ano, tal comoilustra a figura 14 [12 e 14].

No que se refere aos dimensionamentos,vale ressaltar que ambos baseiam-se nas condiçõesde operação especificadas na tela da figura 10 e nascaracterísticas do módulo FV (figura 7). A partirdessas condições calcula-se a temperatura e aeficiência de operação do módulo FV, permitindouma aproximação mais realística da energia de saídadeste e, conseqüentemente, um dimensionamentomais exato do sistema de geração, minimizando,dessa forma, sobredimensionamentos indesejáveisdo sistema.

Figura 14 - Tela para análise da variação sazonal de desempenhodo sistema FV.

A diferença entre as opções dedimensionamento denominadas de Bombeamento eMulti-uso (figura 11) está basicamente na maneirade se estimar a energia a ser fornecida pelo arranjofotovoltaico, tendo em vista que, nodimensionamento de sistemas de bombeamento,alguns parâmetros mais específicos, tais como,capacidade do poço, altura manométrica e consumodiário de água, devem ser considerados.

No caso do dimensionamento para usosdiversos, utiliza-se a tela da figura 15 para auxiliarno cálculo do consumo médio diário de energia, parao qual o sistema FV será dimensionado. Nessa tela,tem-se ainda a opção de escolha de outros perfis decarga, nos quais o usuário pode entrar com um valorconstante de consumo, em kWh, ou especificar umperfil de carga diário, para qual o sistema seráprojetado.

Figura 15 - Tela para o cálculo do consumo diáriode sistemas FV para uso diversos.

Após o cálculo do consumo médio diário deenergia, o usuário tem acesso à tela de dimen-sionamento, tal como ilustra a figura 16.

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Figura 16 - Tela para o dimensionamento da geração FV e dobanco de baterias.

Esta tela é comum, tanto para odimensionamento de sistemas de bombeamento,quanto de sistemas para usos diversos; porém, para oprimeiro caso, deve-se se desconsiderar o banco debaterias. Na tela, o usuário é capaz de visualizar onúmero de baterias e módulos em série e paralelonecessários para o sistema.

Para o dimensionamento do sistema FV, ousuário deve fornecer as perdas em percentagem(perdas na fiação, conexões, etc.), a profundidade dedescarga máxima à qual as baterias serãosubmetidas, a tensão de operação do barramento DC,e a autonomia requerida pelo sistema. Fornecidasessas informações ao programa, o usuárioprimeiramente calcula, através do submenuCapacidade Sugerida, no menu Calcular, osvalores em Ah (baterias) e Wp (módulos FV)necessários para o consumo calculadoanteriormente. Posteriormente, calcula-se aquantidade real do sistema, de acordo com ascaracterísticas do módulo selecionado e do sistemaFV. Isso é feito através do submenu CapacidadeReal, localizado também no menu Calcular.

Os menus Análise e Selecionar permitemque o usuário carregue as telas para análise dedesempenho do sistema dimensionado (figura 13),ou para escolha de um outro módulo FV (figura 7),respectivamente.

3 - SIMULAÇÕES COM DADOS OBTIDOSDA MONITORAÇÃO DE SISTEMAS DE

GERAÇÃO DE ELETRICIDADE

O objetivo deste tópico é ilustrar algunsresultados de simulações a partir de dados de umsistema isolado, implantado no interior do EstadoPará [1]. Ao contrário de estudos prévios, de curtosperíodos de tempo, a ênfase é voltada aqui para asvariações sazonais, mais que as variações horáriasao longo do dia. O benefício potencial destaaproximação torna-se aparente a partir daobservação de um padrão sazonal típico dadisponibilidade da energia eólica e solar no local emque se deseja implantar o sistema, ou no qual osistema se encontra implantado.

3.1 – DESCRIÇÃO DOS LOCAIS –DADOS METEOROLÓGICOS

Para o presente estudo, os dados forammonitorados nas estações implantadas pelo Grupo deEstudos e Desenvolvimento de AlternativasEnergéticas (GEDAE), pertencente à UniversidadeFederal do Pará (UFPA). As séries temporais demédias horárias utilizadas foram obtidas do projetopara geração de eletricidade de Praia Grande, nomunicípio de Ponta de Pedras, interior do estado doPará.

A comunidade de Praia Grande situa-se àsmargens da Baía de Marajó, nas coordenadasgeográficas de 10 22’ 54” S e 480 50’ 10” O.Distante de sua sede municipal cerca de novequilômetros e aproximadamente quarenta e quatroquilômetros da capital (Belém), é acessada por meiode avião de pequeno porte ou barco, com tempos deaproximadamente vinte minutos e três horas,respectivamente [1].

3.2 – ANÁLISE DASCARACTERÍSTICAS DO VENTOE DA RADIAÇÃO SOLAR

As características da velocidade do vento eda radiação solar são examinadas através da análisedas variações diárias horárias e intersazonais. Essasvariações dão uma boa idéia das característicasdessas fontes, permitindo o estudo da combinaçãodas mesmas, como complementação ao longo do diae dos meses do ano, bem como o estudo daimplementação da estratégia de operação maisadequada para um sistema híbrido que utilize essasfontes.

3.2.1 – VARIAÇÕES DIÁRIAS

Sabe-se que as características da velocidadedo vento e da radiação solar podem conter variaçõesbruscas quando analisadas em curtos intervalos detempo para um mesmo dia. Porém, para o estudo emquestão, apenas as variações diurnas horárias sãoconsideradas, permitindo-se dessa forma, avisualização do perfil dessas fontes de energia.

A fim de investigar as variações diurnas davelocidade do vento e da radiação solar, foramcalculadas as médias horárias para cada mês do ano.Os resultados são mostrados nos gráficos da figura17, referentes à comunidade de Praia Grande (1998).

(a) – Velocidade do vento.

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(b) – radiação solar.Figura 17 – Médias horárias mensais da velocidade do vento (a) e

da radiação solar (b), para Praia Grande (ano de 1998).

A partir desses resultados, pode-se ver que,para um dia típico do mês de outubro na comunidadede Praia Grande (melhor mês de vento encontradopara esta localidade), a maior velocidade de ventomédia do dia, ocorrida às 21:00 h, é quase que odobro da menor velocidade média ocorrida às 12:00h. Um outro aspecto muito importante, que pode serobservado das figuras 17(a) e 17(b) , é o fato de queem praticamente todos os meses do ano, o perfildiário caracteriza-se por altas velocidades de ventoque começam no meio da tarde mantendo-se até oinicio da madrugada do dia seguinte, quando avelocidade começa a decrescer, atingindo seusvalores mínimos quase sempre entre as 9:00 e as14:00 h.

O ultimo aspecto mencionado para acomunidade de Praia Grande, favorece a idéia decomplementaridade entre o recurso eólico e orecurso solar, tendo em vista que o período do diaem que ocorrem as velocidades de vento maisbaixas, coincide neste caso em particular, com operíodo onde há a maior incidência de radiaçãosolar. Dessa forma, um sistema híbrido solar-eólico,pode explorar bem esse aspecto.

3.2.2 – VARIAÇÕESINTERSAZONAIS EDISTRIBUIÇÃO DE FREQÜÊNCIA

Ainda considerando o caso particular dacomunidade de Praia Grande, as figuras 18(a) e18(b) mostram as variações sazonaiscorrespondentes à comunidade. Está claro que osmelhores ventos sopram durante os meses de agostoa dezembro, e que há um período de baixasvelocidades durante os meses de janeiro a maio. Avelocidade média anual, a velocidade média horáriamáxima e o desvio padrão, para as alturas acima dasuperfície do solo em que foram realizadas asmedições (Praia Grande, 25 m), são: 5,1 m/s, 11 m/se 2,44.

(a) – Velocidade do vento.

(b) – Radiação solar.Figura 18 – Variações sazonais da velocidade do vento (a) e

radiação solar (b) para a comunidade de Praia Grande (1998).

As distribuições de freqüência anual develocidade do vento e radiação solar para acomunidade em questão são mostradas na figura 19.Pode-se observar, que as velocidades de ventorelativamente baixas, são as predominantes.

Em sistemas isolados de pequeno porte, opotencial solar-eólico para a produção deeletricidade deve estar compatível com a verdadeirademanda de eletricidade do local, quando não hárede elétrica ou grupo gerador a diesel (ou ambos)interconectados ao sistema, para transferir a energiagerada em um outro local. Estudos mais detalhadosdos valores médios e da distribuição dos recursosenergéticos a serem utilizados, são fatores muitoimportantes na implantação e na operação desse tipode sistema.

Figura 19 – Distribuições de freqüência anual da velocidade dovento e da radiação solar para Praia Grande (1998).

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Com relação à distribuição da radiaçãosolar, nota-se a incidência de uma boa percentagemde ocorrência de níveis de radiação entre 1.000 e1.200 W/m2. Esse aspecto é muito interessante,principalmente em se tratando da localidade de PraiaGrande, pois estes valores altos de radiação solar,ocorrem geralmente entre 11:00 e 14:00 h,coincidindo com o período onde se tem a maiordeficiência no recurso eólico.

3.3 - COMPARAÇÃO ENTRE APRODUÇÃO DE ENERGIA DETURBINAS EÓLICAS

O cálculo da produção de energia é defundamental importância para auxiliar no processode dimensionamento, implantação, planejamento,estratégia de operação ou estudo de um sistemaeólico. As turbinas eólicas para geração deeletricidade devem ser escolhidas adequadamente deacordo com cada local em particular, algo que deveser feito com bastante cautela.

Compatibilizar adequadamente ascaracterísticas do vento com a curva de potência daturbina eólica é essencial para alcançar uma boaprodução de energia. Pala ilustrar esse aspecto, asfiguras 20(a) e 20(b), mostram uma comparaçãoentre os desempenhos de duas turbinas, cujascaracterísticas se encontram na tabela 1 e suascurvas são ilustradas nas figuras 21(a) e 21(b). Essassimulações foram obtidas considerando as alturasdas turbinas iguais às alturas em que foram obtidosos dados de velocidade de vento para a localidade dePraia Grande.

(a) - Bergey BWC EXCEL 7,5 kW.

(b) - Fortis Montana 5,8 kWFigura 20 – Comparação entre as variações sazonais da energia

para duas turbinas com potências nominais diferentes(Praia Grande, 1998, 25m).

Tabela 1 – Características das turbinas de potências nominaisdiferentes.

Fabricante VIN

(m/s)VR

(m/s)VOUT

(m/s)PR

(kW)D

(m)Bergey 4 14 16 7,5 7

Fortis 2 16 20 5,8 5

Após os cálculos das variações sazonais dascurvas 20a e 20b, pode ser visto que o melhorrendimento anual vem da turbina Fortis Montana de5,8 kW, com uma produção de energia anual de6.994 kWh contra 6.958 kWh gerados pela turbinaBWC EXCEL de 7,5 kW. Isso se deve ao fato dascaracterísticas da turbina Montana de 5,8 kWadequarem-se mais ao perfil do vento local. Maisespecificamente falando, a turbina da Fortis tem umavelocidade de partida menor, que favorece oaproveitamento da energia em baixas velocidades devento, justamente na região onde a turbina daBergey é menos eficiente. A partir da distribuição defreqüência anual mostrada na figura 19, é possívelobservar que as velocidades de vento maisfreqüentes são menores que 7 m/s, com uma grandeparte dessa distribuição contendo velocidadesmenores que 5 m/s.

(a) - Curva de potência da turbina Bergey, modelo BWCEXCEL 7,5 kW [17].

(b) – Curva de potência da turbina Fortis, modelo Montana5,8 kW [18].

Figura 21 – Curvas de potência para analise de desempenho comos dados de velocidade de vento da localidade de Praia Grande.

Nota-se porém, que o fato da turbinaMontana de 5,8 kW ter uma potência nominal menorque a turbina BWC EXCEL de 7,5 kW, não implicanecessariamente em uma produção de energiainferior à gerada pela turbina de maior potêncianominal. Por isso, o perfil do vento e das

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características das turbinas eólicas devem serconhecidos, obtendo-se uma maior eficiência e ummenor custo para o sistema de geração deeletricidade.

Vale ressaltar que ao se especificar umadeterminada turbina eólica para um determinadolocal, aspectos importantes como o custo do kWinstalado, a disponibilidade de mercado da turbina ede seus equipamentos auxiliares existentes, dentreoutros, devem ser considerados.

4 – CONCLUSÕES

O programa desenvolvido neste trabalho,além de fornecer bons resultados, que podem servisualizados na forma de curvas obtidas a partir deuma entrada de dados relativamente simples,apresenta uma interface gráfica amigável para ousuário. Vale ressaltar que a ferramenta descritaneste trabalho está em fase de teste e apresentandobons resultados, tal como pode ser visto em algunsresultados aqui ilustrados. No entanto, há muitosdetalhes a serem aperfeiçoados e novos módulos quepoderão ser integrados ao mesmo, tornando-o cadavez mais confiável e flexível. Um dos pontospositivos da utilização desta ferramenta, estárelacionado à sua simplicidade.

As análises feitas neste trabalho retratambem o aspecto da complementaridade e funcionamcomo um bom indicativo da principal razão pelaqual os sistemas híbridos solar-eólico são maisconfiáveis e em muitas situações mais baratos que ossistemas que utilizam apenas uma dessas fontes demaneira isolada, que é o fato da geração poderaproximar-se mais da carga a ser atendida durantepraticamente todo o dia. Isso pode ser observado demaneira mais clara quando se analisa o casoparticular de Praia Grande.

A combinação das características do ventolocal com as características da turbina eólica, emsistemas para geração de eletricidade, é um fatorfundamental para um bom aproveitamento dorecurso eólico. Isso pode ser facilmente constatado,comparando-se os valores de energia anual obtidospara as turbinas aqui estudadas, onde se observa, queuma turbina de menor capacidade pode gerar maisenergia que uma turbina de maior capacidade parauma mesma altura de turbina.

PALAVRAS CHAVES

Sistemas Híbridos, Características do Vento,Sistemas Isolados, Energia Solar Fotovoltaica,Modelo de Sistemas Híbridos.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a todos os membros do Grupo deEstudos e Desenvolvimento de AlternativasEnergéticas – GEDAE , que participaram ativamenteno desenvolvimento deste trabalho.

Ao meu orientador, Professor João TavaresPinho, por sua dedicação e pelos seus incentivos.

Ao CNPq, pelo apoio financeiro.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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