Short-term solar irradiance forecasting and photovoltaic systems performance in a tropical climate in Singapore

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nobre, André Maia
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/169480
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2015.
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spelling Short-term solar irradiance forecasting and photovoltaic systems performance in a tropical climate in Singapore Engenharia civilGeração de energia fotovoltaicaCingapuraAtividade solar -PrevisaoDesenvolvimento energéticoTrópicosTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2015.A humanidade usou e continua consumindo em grande quantidade os recursos não-renováveis do planeta como petróleo, gás natural e carvão mineral para suprir suas necessidades energéticas. Somente nas últimas duas décadas que outras fontes de energia renováveis, como a solar fotovoltaica e a eólica, passaram a se tornar relevantes na geração de energia elétrica em nível mundial. Instalações de sistemas fotovoltaicos ao redor do mundo atingiram crescimento da ordem de 40% durante os últimos quinze anos. Entretanto, a grande maioria destes sistemas, (acima de 90%), estão localizados em regiões onde o recurso solar não é tão abundante, ou seja, fora da região dos trópicos do planeta. Devido a este fato, ao tentar incorporar a energia solar fotovoltaica às redes elétricas, uma pergunta que sempre surge está relacionada a variação desta forma de geração de energia elétrica com a produção alternante durante o dia devido ao movimento das nuvens e total ausência no período noturno. Mesmo assim, em alguns países, já se atinge percentuais em torno de 5 a 10% de contribuição da energia elétrica proveniente de energia solar fotovoltaica. Passa a ser desafiador a inserção dessa fonte de energia à rede, de maneira intensiva, em paralelo com os recursos já existentes (em sua maioria ainda de origem fóssil). Nesta tese, foi avaliada a previsão do recurso solar em curtíssimo prazo (como 15-min, 30-min e uma hora) para uma região tropical do planeta, neste caso em Cingapura, ilha que se localiza próxima à linha do equador, no Sudeste Asiático. Esta tese foca em métodos existentes de previsão de irradiância, mas também explora uma nova proposta híbrida, adaptada a uma localidade tropical. Além das previsões de irradiação solar, simulações de sistemas fotovoltaicos e o cálculo de seu desempenho foram estudados e avaliados de modo a se prever quanto de energia elétrica é produzida com a mesma antecedência dada nos produtos de previsão do recurso solar. A influência da gaze de queimada foi um fenômeno particular, comum na Cingapura de hoje, que afeta o desempenho de sistemas fotovoltaicos e que foi investigado em detalhe. Todo o trabalho foi validado por redes detalhadas de estações meteorológicas em solo e também através de monitoramento de sistemas fotovoltaicos por toda Cingapura.<br>Abstract : Humanity has used and continues to consume in great proportion non-renewable energy resources of the planet such as oil, natural gas and coal in order to fulfil its energy needs. It was only during the past two decades that other sources of renewable energy such as solar photovoltaics (PV) and wind energy became somewhat relevant towards electricity generation in the world. PV installations worldwide have reached a compound annual growth rate of ~40% for the last fifteen years. However, the great majority of these systems (over 90% of them) are located where the solar energy resource is not the most abundant - outside of the tropical regions of the planet. While trying to incorporate solar energy PV into electrical power grids, one common question which arises is related to the variable aspect of this form of energy generation - with alternating production during the day due to cloud motion, and total absence during night time. Nonetheless, in some countries, contribution ratios of 5 to 10% of electrical energy from solar PV have been achieved. It becomes then challenging to integrate this source of energy into grids in a professional way, in parallel with existing resources (mostly still fossil-fuel-based). In this thesis, short-term forecasting (for time horizons such as 15-min, 30-min and 1-hour) of the solar resource was investigated in a tropical region of the world - in Singapore, 1° North of the Equator, in Southeast Asia. This thesis focuses on existing methods for irradiance forecasting, but also explores a novel Hybrid proposal, tailored to the tropical environment at hand. Beyond the forecast of the solar energy irradiance ahead of time, PV system simulation and performance assessment were studied and evaluated with the goal of predicting how much electricity is produced in the same time frame given by the solar irradiance forecasting products. The influence of haze was a particular phenomenon, common in today?s Singapore, which affects PV system performance and which was investigated in detail. All work has been validated by a comprehensive network of ground-based meteorological stations, as well as by various PV system monitoring sites throughout Singapore.Rüther, RicardoUniversidade Federal de Santa CatarinaNobre, André Maia2016-10-19T12:59:30Z2016-10-19T12:59:30Z2015info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis252 p.| il., grafs., tabs.application/pdf338190https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/169480porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2016-10-19T12:59:30Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/169480Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732016-10-19T12:59:30Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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