High power PV pumping systems: two case studies in Spain

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2014Hoje em dia assiste-se a uma revolução energética, o preço da eletricidade tem vindo a aumentar e os combustíveis fósseis estão a esgotar-se. Estes factos levam a um investimento em energias renováveis. Na agricultura há uma grande necessidade de alterar a fonte de energia e de utilizar uma maneira mais eficiente para bombear água. Esta dissertação de mestrado pretende demostrar a viabilidade económica e técnica de incorporar energia fotovoltaica (PV) para cobrir estas necessidades. O objetivo deste estudo é criar uma metodologia de simulação de sistemas de bombagem fotovoltaica com o IESPRO, uma ferramenta desenvolvida pelo Instituto de Energia Solar. Para realizar esta simulação, o modelo de bombagem descreve a evolução dinâmica da variável de saída, o caudal, em função das variáveis de entrada como a queda, a potência e a eficiência. O presente trabalho inclui dois casos de estudo, para dois tipos de irrigação: bombagem para reservatórios de água e bombagem para a rede a pressão constante, Villena e Zújar, respetivamente. Para além do dimensionamento fotovoltaico, um estudo económico foi feito para se entender a viabilidade destes sistemas. Neste estudo diferentes taxas de penetração de sistemas fotovoltaicos foram consideradas para compreender o impacto real deste investimento. Com este objetivo foi criada uma ferramenta económica que otimiza a tarifa de potência de acordo com o consumo real e o uso do PV. A análise demonstrou que os dois tipos de bombagem de água são viáveis dos pontos de vista técnico e económico. Relativamente ao primeiro caso, o mais rentável é uma penetração de PV de 100%. No segundo caso, a substituição de um ou dois sistemas motor-bomba é a escolha que gera maiores poupanças. Neste caso, uma maior penetração de PV não é aconselhável porque a aplicação é a pressão constante e o PV sozinho não consegue garantir isto, para além de que esta comunidade apenas irriga em poucos meses do ano o que faz com que o investimento em sistemas PV seja mais difícil de amortizar. Relativamente ao último capítulo deste trabalho, uma ferramenta (em Matlab) foi desenvolvida para descobrir a relação entre a energia adicional necessária para irrigar a pressão constante e a variabilidade do recurso. Os resultados deste estudo mostram que não é necessário uma grande capacidade adicional para manter constante a produção se for usada a estratégia da definição de um limite