Photovoltaic and Energy Generation in Buildings of the Services Sector

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaIn photovoltaic solar systems in buildings, the mismatch between the energy generation and consumption leads to the need to inject energy into the grid, with a negative economic impact. To avoid it, the use of energy storage systems is increasingly important in order to store the surplus energy generation to be used in periods where the generation is lower than the consumption. Therefore, arises the need of intelligent control algorithms which, according to a predefined objective, ensure the correct management not only of the energy storage system, but also of the available solar resource.The main objective of this thesis was to analyse the impact of photovoltaic solar energy generation together with an energy storage system with lithium ion batteries in buildings of the services sector. For that, the building of the Department of Electrical and Computer Engineering of the University of Coimbra, which already has a photovoltaic solar system installed, was used as case study. The sizing of a possible expansion of the current photovoltaic system was done, as well as the sizing of a storage system with the aim to ensure reduction of costs with the purchased electricity. Thus, an intelligent control algorithm was implemented in MATLAB environment with the objective of managing and controlling the storage system to ensure the objectives of maximizing the self-consumption and minimizing costs with energy imported from the grid.Different scenarios were simulated and analysed, and through the analysis of the technical and economic availability it was possible to verify that the developed control strategies were successful, allowing to achieve good results regarding the reduction of the costs with the imported energy from the grid and the maximization of the self-consumption, as well as making the investment in the storage system cost-effective.Nos sistemas solares fotovoltaicos em edifícios o desajuste entre a produção de energia elétrica e o consumo leva à necessidade de injeção de energia na rede, com um impacto económico negativo. Para o evitar, é cada vez mais importante o uso de sistemas de armazenamento, com vista a armazenar a energia gerada em excesso de modo a esta ser utilizada em períodos onde a produção seja inferior ao consumo. Surge assim a necessidade de algoritmos de controlo inteligentes que, de acordo com um objetivo predefinido, assegurem a gestão correta não só do sistema de armazenamento, mas também do recurso solar disponível.O objetivo primordial desta dissertação foi analisar o impacto da geração de energia elétrica solar fotovoltaica em conjunto com um sistema de armazenamento de energia elétrica com baterias de iões de lítio em edifícios do setor dos serviços. Para tal, foi utilizado como objeto de estudo o edifício do Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores da Universidade de Coimbra que conta já com um sistema solar fotovoltaico instalado. Foi realizado o dimensionamento de uma possível expansão do sistema atual, assim como o dimensionamento de um sistema de armazenamento que permita reduzir os custos com a compra de energia elétrica da rede. Assim, foi também implementado em ambiente MATLAB um algoritmo de controlo inteligente com o objetivo de fazer a gestão e controlo do sistema de armazenamento para assegurar os objetivos de maximização do autoconsumo e de minimização dos custos com a energia importada da rede.Foram simulados e analisados diferentes cenários e através da análise da viabilidade técnica e económica realizada foi possível constatar que as estratégias de controlo desenvolvidas foram bem-sucedidas, permitindo alcançar bons resultados relativos à redução dos custos com a importação de energia da rede e maximização do autoconsumo, assim como tornar rentável o investimento no sistema de armazenamento