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Este módulo calcula o potencial de fornecimento de energia e os custos relacionados para sistemas solares térmicos e fotovoltaicos instalados no telhado em uma área definida. As entradas para o módulo são arquivos raster da pegada do edifício e irradiação solar, custos e eficiência dos sistemas solares térmicos e fotovoltaicos de referência e as frações da área de telhado utilizável onde os sistemas solar térmico e fotovoltaico estão instalados.
O módulo de cálculo visa calcular o potencial de energia solar térmica e fotovoltaica e a viabilidade financeira de uma área selecionada, considerando:
Os parâmetros e camadas de entrada, bem como as camadas e parâmetros de saída, são os seguintes.
Camadas de entrada e parâmetros são:
As camadas e parâmetros de saída são:
A partir da área disponível e do tipo de tecnologia FV, o módulo calcula a produção de energia FV sob as seguintes premissas:
Essas suposições foram feitas para considerar uma fase de planejamento para uma região e não o projeto de um sistema fotovoltaico específico.
A produção anual de energia é obtida considerando a distribuição espacial da radiação solar anual na planta do edifício. A produção de energia fotovoltaica é calculada para uma única planta representativa. A potência de pico instalada mais representativa para um sistema fotovoltaico é uma entrada do módulo. Conseqüentemente, a superfície coberta por uma única planta e o número total de plantas são computados.
Por fim, a área mais adequada é calculada considerando as coberturas com maior produção de energia. A produção de energia de cada pixel considera cobrir apenas uma fração dos telhados igual a f_roof. O integral da produção de energia da área mais adequada é igual à produção total de energia da área selecionada.
Para dar um exemplo prático, a lógica / metodologia CM é aplicada a uma área predefinida. Por padrão, a área de entrada que estamos usando é a pegada dos edifícios. Assim, por exemplo, a cidade de Bolzano (Itália), uma vez que grande parte da cidade é o centro histórico (onde não é possível instalar painéis solares) podemos estimar que apenas 1 telhado a cada 5 pode ser usado para coletar energia solar (~ 20%). Em vez disso, se você fornecer uma área que esteja disponível para implementar algum campo solar, você pode definir 100% da área pode ser usada para o sistema solar.
Qual área dos 20% dos telhados de Bolzano pode ser coberta por painéis fotovoltaicos? Cobrir todo o telhado não é realista, já que parte do telhado não tem orientação adequada. Como o edifício geralmente tem 4 lados, podemos imaginar que cerca de 25% da cobertura tem uma boa orientação (pelo menos em Bolzano, onde a maioria das coberturas não são planas e possuem 2 ou 4 coberturas inclinadas). No entanto, temos efeitos de sombreamento das árvores circundantes, edifícios, montanhas, etc. e, geralmente, estamos deixando algum espaço próximo à borda dos telhados, então vamos imaginar que 50% do telhado bem orientado pode ser usado por PV (25 % * 50% = 12,5%), o valor padrão é um pouco mais otimista (15%).
No caso de um campo solar em geral, o string PV ocupa cerca de 40-50% da área para evitar o efeito de sombra entre os strings PV.
A título de exemplo, estamos explicando a metodologia para um único pixel (área de 1 hectare). O CM aplica a mesma lógica para cada pixel na área selecionada pelo usuário. A camada padrão (a pegada do edifício) tem uma dimensão em pixels de 100x100m, portanto, temos uma superfície disponível de 10.000 m². Para este exemplo imagine que apenas 3.000 m² de telhados estão disponíveis no pixel, a outra parte que falta na superfície é a superfície dedicada a rotas, áreas verdes, rio, etc. A lógica implementada pelo CM é:
available_surface = 3000 [m²] * 20% = 600 [m²]
available_pv_surface = 600 [m²] * 12.5% = 75 [m²]
single_pv_surface = 3 [kWp] / 0.15 = 20 [m²]
n_pv_plants = 75 [m²] // 20 [m²] = 3 e, portanto, teremos 3 plantas de 3 KWp instaladas no pixel de 100 por 100 m (então 9 kWp), e então multiplicamos este valor pela energia produzida por 1 kWp e multiplicamos pela eficiência dos sistemas fotovoltaicos (inversor e transmissão, por padrão: 0,85) para obter a energia total produzida pelo pixel: pv_energy = solar_radiation [kWh/kWp/year] * 9 [kWp] * 0.85
Agora temos um pixel de 100x100m que está disponível para um sistema de campo PV:
available_surface = (100 x 100) [m²] * 100% = 10000 [m²]
available_pv_surface = 10000 m² * 50% = 5000 m²
single_pv_surface = 3 [kWp] / 0.15 = 20 [m²]
n_pv_plants = 5000 // 20 = 250 e, portanto, teremos 250 plantas de 3 KWp instaladas no pixel de 100 por 100 m (então 750 kWp), e então multiplicamos este valor pela energia horária produzida por 1 kWp e multiplicamos pela eficiência dos sistemas fotovoltaicos (inversor e transmissão, por padrão: 0,85) para obter a energia total produzida pelo pixel: pv_energy = solar_radiation [kWh/kWp/year] * 750 kWp * 0.85
A superfície de construção que pode ser usada é um recurso limitado. Portanto, não é possível usar a mesma superfície para coletar energia solar com um sistema fotovoltaico e ao mesmo tempo, usar um sistema Solar térmico. Então, lembrando do exemplo anterior, já temos 75 m² de superfície dedicados à PV, estimamos que o telhado bem orientado representa 25% da superfície total e, portanto, ainda temos outros 75 [m²] disponíveis. Só podemos usar uma fração, digamos 7,5%. Isso significa que se antes consideramos 25% do telhado com uma boa exposição então estamos considerando que 12,5% é dedicado ao PV e 7,5 é dedicado ao ST e, portanto, estamos usando 20% dos 25%.
Então, para dar um exemplo prático:
available_surface = 3000 [m²] * 20% = 600 [m²]
available_st_surface = 600 [m²] * 7.5% = 45 [m²] observe que 75 + 45 = 120 [m²] que é menor que o superfície estimada que poderia ter uma boa exposição (superfície_disponível available_surface * 25% = 150 [m²] ).n_st_plants = 45 [m²] // 5 [m²] = 9
solar_radiation [kWh/m²] * 45 [m²] * 0.85
Aqui você obtém o desenvolvimento de ponta para este módulo de cálculo.
Aqui, o módulo de cálculo é executado para a região da Lombardia na Itália (NUTS2).
Fig. 1: Selecione uma regiãoSiga as etapas conforme mostrado na figura abaixo:
Agora, o "Potencial Solar PV" abre e está pronto para funcionar.
Os valores de entrada padrão consideram a possibilidade de instalar painéis fotovoltaicos montados em telhados em edifícios. Esses valores referem-se a uma planta de 3 kWp. Você pode precisar definir valores abaixo ou acima dos valores padrão, considerando outras considerações locais e custos. Portanto, o usuário deve ajustar esses valores para encontrar a melhor combinação de limites para seu estudo de caso.
Para executar o módulo de cálculo, siga as próximas etapas:
Dependendo de sua experiência e conhecimento local, você pode aumentar ou diminuir os valores de entrada para obter melhores resultados. Você pode decidir aumentar a superfície de construção adequada para plantas fotovoltaicas.
Atribua um nome à sessão de execução (opcional - aqui, escolhemos "Execução de teste 2") e definimos os parâmetros de entrada Porcentagem de edifícios com painéis solares igual a 50. Isso significa que estamos cobrindo 50% dos telhados de edifícios disponíveis. Observe que, como cada pixel pode representar mais de um edifício e não estamos cobrindo todo o telhado com painéis fotovoltaicos, o usuário também pode definir o fator de utilização efetiva do telhado do edifício. O valor padrão é definido como 0,15. Isso significa que apenas 15% da superfície do telhado em um pixel é coberta por painéis fotovoltaicos.
Espere até que o processo termine.
Como saída, indicadores e diagramas são mostrados na janela "RESULTADOS". Os indicadores mostram:
Giulia Garegnani, em Hotmaps-Wiki, CM-Solar-PV-potencial (abril de 2019)
Esta página foi escrita por Giulia Garegnani ( EURAC ).
☑ Esta página foi revisada por Mostafa Fallahnejad ( EEG - TU Wien ).
Copyright © 2016-2020: Giulia Garegnani
Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional
Este trabalho está licenciado sob uma Licença Internacional Creative Commons CC BY 4.0.
SPDX-License-Identifier: CC-BY-4.0
License-Text: https://spdx.org/licenses/CC-BY-4.0.html
Gostaríamos de transmitir o nosso mais profundo agradecimento ao Projeto Hotmaps Horizonte 2020 (Contrato de Subvenção n.º 723677), que proporcionou o financiamento para a realização da presente investigação.
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