O objetivo desse estudo é analisar e sistematizar os elementos necessários à modelagem da energia primária solar para geração fotovoltaica em escala. Metodologicamente, investigam-se os assuntos inerentes à solarimetria e a caracterização da radiação solar, desde a formação das equações que definem a incidência da radiação no topo da atmosfera, o desenvolvimento tecnológico de radiômetros, até as normas e critérios de classificação desses equipamentos. Também são elementos metodológicos a caracterização do irradiância solar, incluindo algoritmos de tratamento de dados de irradiância, os processos de estimativa de irradiação para a agricultura e análises probabilísticas de índices de transmitância atmosférica. Busca-se a aplicação das etapas de caracterização e a análise do recurso, definidas neste estudo, por meio da utilização dos dados fornecidos por duas estações solarimétricas: ESUPP e ESPEL. Como resultados são definidos a média diária parcial anual de disponibilidade do recurso para uma região no interior do estado de São Paulo (localização da ESUPP) em 5,29 kWh/m² e a média diária anual de disponibilidade do recurso para a região metropolitana da cidade de São Paulo (localização da ESPEL) em 4,41 kWh/m², além disso verifica-se que a relação entre as componentes global horizontal, difusa horizontal e direta vertical varia para os dados das duas estações solarimétricas, de modo que, parte significativa dos dados da ESPEL apresenta medições de irradiância global horizontal (IGH) entre 12% e 13% superiores à respectiva componente difusa horizontal (IDH) somada a parcela vertical da respectiva componente direta normal (IDNcos?z), enquanto que, essa mesma relação para os dados da ESUPP atendem à relação IGH=IDH+IDNcos?z dentro do intervalo aceitável de mais ou menos 10%. Verifica-se também caráter trimodal das curvas de densidade de probabilidade do índice de transmitância da irradiância global para os dados da ESPEL, enquanto os dados da ESUPP refletem em curva de caráter bimodal. Assim é possível constatar a necessidade de definição de um modelo universal de previsibilidade do recurso e verifica-se que os insumos mais relevantes para o modelo podem variar de região para região dada a caracterização geográfica e de microclima. Conclui-se, portanto, a indiscutível necessidade de dados radiométricos confiáveis medidos em solo para avanços científicos, tecnológicos e comerciais do aproveitamento do recurso solar como fonte energética diante do atual contexto da busca por fontes alternativas de energia limpa e evidencia-se o grande caminho a ser percorrido para a consolidação de uma rede confiável, monitorada e amplificada de medições solarimétricas no Brasil e no mundo. / The purpose of this study is to analyze and to systematize the elements required for modeling primary solar energy for photovoltaic generation in large scale. Solarimetric subjects and subjects related to solar irradiance flux characterization, from the formation of the equations that define the incidence of radiation at the top of the atmosphere, the technologic development of radiometers and the rules and criteria for the classification of these measurement instruments, are methodologically investigated. The characterization of the irradiance flux, including irradiance data treatment algorithms, the irradiance estimate processes for agriculture, and the probability analyses of atmosphere transmittance indexes are also methodological elements. The steps of characterization and resource analysis defined in this study are applied, using data provided for two solarimetric stations: ESUPP and ESPEL. Results showed that the partial annual daily average for resource availability in the countryside of São Paulo State (ESUPP location), is 5.9 kWh/m², and the annual daily average for resource availability in the metropolitan area of São Paulo City (ESPEL location) is 4.41 kWh/m². Moreover, it was observed that the relation between the global horizontal, diffuse horizontal and direct vertical components varies between both solarimetric stations, such that a significant part of the ESPEL data shows global horizontal irradiance (GHI) between 12% and 13% above the respective diffuse horizontal irradiance (DHI) plus the vertical portion of the respective direct normal component (DNIcos?z), while the same relation for the ESUPP data attend the GHI=DHI+DNIcos?z relation within the acceptable range of 10%, give or take. ESPEL data presented trimodal characteristics for the probability density curves of the transmittance index for global irradiation, while ESUPP data reflect on the same curve, with bimodal characteristics. Therefore, it is possible to verify the need of the determination of a universal predictability model of the resource and it is possible to affirm that the more relevant inputs to the model can vary from region to region, depending on the geographic character and microclimate. In conclusion, there is an unquestionable need for reliable radiometric data, measured in ground, for scientific, technologic and commercial advances to improve the use of solar resource as energy source, considering the current scenario, which demands alternative sources for clean energy. It is also evident that there is still a long path to be tracked in order to consolidate a reliable, monitored and amplified network for solarimetric measurements in Brazil and in the world.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-17032017-141345 |
| Date | 16 December 2016 |
| Creators | Stefania Gomes Relva |
| Contributors | Miguel Edgar Morales Udaeta, Paulo Hélio Kanayama, Marco Antonio Saidel |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Engenharia Elétrica, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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