Modelagem numérica para geração de séries sintéticas de irradiância solar minuto a minuto

Abstract

Um dos maiores desafios para o atendimento da demanda de energia será a integração em larga escala de fontes de energias renováveis intermitentes às redes de distribuição de eletricidade. As fontes de energias renováveis, como o Sol e os ventos possuem um caráter flutuante espacial e temporal intrínsecos aos processos físicos da natureza. Sua utilização de forma eficiente na geração de eletricidade deve conter sistemas operacionais para distribuição que considerem essa variabilidade. As companhias de distribuição devem lidar com dificuldades associadas às variações de entrada e com sobrecargas ou paradas no sistema de distribuição, para tanto um modelo confiável de geração de uma série temporal de radiação solar é bastante útil. Este trabalho teve como objetivo adaptar um modelo de previsão de irradiância global de minuto a minuto a partir de uma base de dados horários com finalidade de possibilitar melhor simulação do aproveitamento da energia solar em projetos de exploração e comercialização desta fonte. O estudo tomou como base o modelo estatístico desenvolvido por Hofmann et al. (2014) fundamentado em cadeias de Markov. Matrizes de probabilidade de transição (MPT) foram geradas para as seguintes condições de nebulosidade: nublado, parcialmente nublado ou céu claro. As matrizes foram determinadas utilizando uma série temporal de dados horários de irradiância solar com dois anos de dados horários observados na estação de superfície (INPE/SONDA) localizada em São Martinho da Serra – RS. A partir das matrizes MPT, utilizou-se o método da transformada inversa para a geração de uma série de dados com resolução temporal de um minuto levando em consideração a classificação da condição de nebulosidade dos dados horários de entrada. O modelo produzido no estudo tem aplicação local, mas a metodologia empregada pode ser replicada para qualquer localidade no Brasil. A validação do modelo foi realizada utilizando dados de irradiância solar medidos na estação meteorológica não utilizados na elaboração das MPTs. O erro quadrático médio das frequências de distribuição relativa indicou um desvio de apenas 0,015 e o teste de Kolmogorov-Smirnov não rejeitou a hipótese de que as séries temporais observada e gerada pelo modelo apresentam a mesma distribuição de frequência cumulativa. Desta forma, o modelo estatístico desenvolvido apresentou uma alta confiabilidade em reproduzir a variabilidade temporal decorrente da natureza da energia solar no local de estudo.