Programas de mercado ou disponibilizados gratuitamente

Roberts et al. (2017)destaca que a principal incerteza associada aos investimentos em projetos de sistemas FV é a produção esperada de energia, sendo assim, estudos iniciais a partir de ferramentas computacionais são de fundamental importância, pois garantem previsões iniciais do comportamento e desempenho do sistema, o que por consequência garante a possibilidade de se avaliar os principais riscos associados à instalação e operação do sistema. Os processos de modelagem que são aplicados a essas ferramentas tem a maior parcela de responsabilidade quando o objetivo é realizar as previsões supracitadas, pois permitem estimar a energia a ser produzida pelo sistema baseando-se, principalmente, em especificações dos componentes, geralmente fornecidas pelos fabricantes, e em dados metrológicos.

Conforme destacado por Ciulla et al. (2014) e Malvoni et al. (2016) as ferramentas comerciais mais populares utilizadas para previsão e análise de sistemas FV são: PVWatts, PV*SOL, PVsyst e System Advisor Model (SAM). No entanto, outros que se destacam e que merecem abordagem são: HOMER PRO, SISIFO e o pacote SOLARCAD. Assim, uma breve descrição de cada ferramenta é exposta a seguir.

O PVWatts é uma ferramenta desenvolvida pelo National Renewable Energy Laboratory (NREL), capaz de estimar a produção de energia e o valor dessa energia comparando-a com o de outros sistemas fotovoltaicos ao redor do mundo. Além disso, o software ainda permite que proprietários, instaladores e fabricantes desenvolvam, de maneira relativamente simples, estimativas de desempenho de possíveis instalações de geradores fotovoltaicos (PVWATTS, 2019). É uma das ferramentas mais utilizadas, talvez pela facilidade de utilização e por permitir rápidas estimativas de produção de energia. No entanto, conforme destaca Tozzi Jr. e JO (2017)alguns importantes fatores para o detalhamento do projeto não são considerados, deixando margem para críticas e estudos de viabilidade quanto ao seu uso.

15 O PV*SOL é um programa computacional desenvolvido pela Valentin Company®_{, a}

qual garante ser possível a sua utilização em propostas de dimensionamento e design, bem como simulações dinâmicas e avaliações de desempenho de instalações fotovoltaicas (PV*SOL, 2019). O programa foi projetado para sistemas conectados à rede, com injeção total ou excedente, porém também é possível emular situações de armazenamento de energia em sistemas de baterias (sistemas fotovoltaicos isolados – SFI) e em sistemas híbridos (SFH). No entanto, assim como no PVWatts o PV*SOL também é limitado quanto as considerações e detalhamento do projeto. Assim, a Valentin Company® _{tratou essa deficiência como}

oportunidade de mercado e passou a oferecer uma versão premium na tentativa de sanar tais limitações e garantir sua perpetuidade nesse promissor nicho mercadológico.

O SAM também foi desenvolvido pelo NREL, caracterizado como um modelo de desempenho e financeiro. Basicamente, ele auxilia na tomada de decisão de pessoas diretamente ligadas à indústria de energias renováveis, como projetistas, gerentes de projeto, engenheiros, analistas políticos, desenvolvedores de tecnologia e pesquisadores. O software é capaz de realizar previsões de desempenho e estimar o custo da energia para sistemas conectados à rede (SAM, 2019). O modelo SAM pode ser aplicado em diferentes tecnologias, incluindo sistemas fotovoltaicos, com ou sem estratégia de armazenamento, aquecimento solar (SA), em energia eólica (SE), geotérmica (SG) e biomassa (SB). Entretanto, cada tecnologia deve ser modelada separadamente, não sendo possível a integração de múltiplas tecnologias, como na formação de um sistema hibrido, por exemplo, limitando assim o seu uso (TOZZI JR. e JO, 2017).

O PVsyst é uma ferramenta de modelagem e simulação, principalmente usada por arquitetos, engenheiros e pesquisadores. O programa computacional é limitado apenas a aplicação solar fotovoltaica e os resultados são apresentados por meio de relatórios, gráficos específicos e tabelas, sendo ainda possível a exportação dos dados para o uso em outros softwares que sejam compatíveis. A ferramenta é baseada no modelo apresentado em TOZZI JR. e JO (2017), o qual permite o usuário modelar sistemas de diferentes tamanhos. Uma limitação da ferramenta é a pequena quantidade de inputs solicitados durante as simulações, o que pode influenciar negativamente na acurácia das previsões. (MERMOUD, 2006).

Originalmente desenvolvido pelo NREL, o “Hybrid Optmization Model for Electric

Renewable” (HOMER) foi aprimorado e é distribuído atualmente pela HOMER Energy®_.

Executado por todos os sistemas operacionais Windows, o HOMER permite simular sistemas FV conectados à rede (SFCR), isolados (SFI) ou híbridos (SH), combinando-os com diferentes estratégias de geração, como eólica, biogás, micro-turbinas, células a combustível, dentre outras. O principal objetivo do programa é integrar a engenharia de microrredes aos aspectos

16 econômicos que sejam relevantes para a respectiva operação. O distribuidor do programa garante ser possível simular o funcionamento de sistemas em todas as possíveis combinações existentes entre os equipamentos que são inseridos, permitindo se observar o comportamento operacional da solução otimizada, em termos de custo, por até um ano inteiro, desmembrado em intervalos de tempo de minuto a minuto ou de hora em hora, caso seja de interesse.

O SISIFO, apesar de não ser comercializado por valores monetários, é uma importante ferramenta de simulação. Concebido e utilizado inicialmente como ferramenta interna pelo Instituto de Energia Solar da Universidade Politécnica de Madri (IES-UPM), ele utiliza-se de modelos matemáticos e mostra os resultados para diferentes orientações dos módulos. Teve seu aprimoramento patrocinado pela Comissão Europeia por meio de dois principais projetos: o PVCROPS Projects, visando a aplicação em sistemas fotovoltaicos conectados à rede, e MASLOWATEN, para sistemas de irrigação e bombeamento fotovoltaicos (SFVB). Atualmente, o SISIFO é um serviço Web gratuito disponibilizado para dimensionamento e avaliação de instalações fotovoltaicas (SISIFO, 2019).

No Brasil, umas das instituições pioneiras no desenvolvimento de softwares ligados a

sistema fotovoltaicos foi o Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio

Grande do Sul. A instituição sempre deu grande importância para o desenvolvimento de modelos matemáticos, principalmente quando aplicados à simulação computacional de sistemas de aproveitamento da energia solar e de seus componentes. Assim, o Laboratório desenvolveu o SOLARCAD, o qual consiste em um pacote de softwares que auxiliam em

projetos de sistemas solar térmicos e fotovoltaicos. Segundo o site oficial da instituição a

principal característica desse pacote é emular o comportamento real dos sistemas a partir de um número mínimo de parâmetros de entrada. A universidade aposta na simplicidade e interface amigável dos programas do SOLARCAD, permitindo seu uso mesmo por profissionais não familiarizados com tecnologia da informação aplicada. Assim como o SISIFO o programa é disponibilizado gratuitamente na página oficial da instituição, porém ele deve ser baixado e instalado de acordo com as recomendações descritas no site.

Diversos estudos já foram realizados a fim de se avaliar ferramentas computacionais em

termos de desempenho. Em Cameron et al. (2008) foi comparado o desempenho das simulações

geradas a partir do System Advasor Model (SAM) com valores medidos de um sistema exposto a sol real. A principal conclusão dos autores foi que o modelo usado pelo SAM é capaz de prever com qualidade a geração de energia, porém algumas melhorias quanto à consideração de perdas associadas à radiação solar ainda precisam ser realizadas.

17

Assim, a Tabela 1.1 resume os principais programas computacionais disponíveis no mercado ou disponibilizados gratuitamente em plataformas online ou sites institucionais.

Tabela 1.1 – Principais programas computacionais com características comerciais.

Nome Desenvolvedor Foco Site

PVWatts® NREL SFCR pvwatts.nrel.gov

PV*SOL Cia Valentin SFCR, SFI e

SH www.valentin.com

SAM NREL SFCR, SFI, SG,

SB, SE e SA sam.nrel.gov PVsyst Universidade de

Génova

SFCR, SFI e

SH www.pvsyst.com

HOMER NREL Energias

renováveis www.homerenergy.com

SISIFO IES-UPM SFCR, SFVB www.sisifo.info

SOLARCAD LABSOL-UFRGS SA, SFI e

SFCR www.solar.ufrgs.br/#softwares

Fonte – Elaboração própria.

Em outro estudo, realizado por Klise e Stein (2009) é apresentado um relatório

documental dos diversos modelos de desempenho e programas computacionais desenvolvidos e utilizados pelos pesquisadores da Sandia National Laboratories. Entretanto, o relatório limita- se a apresentar as principais características dos modelos e não uma comparação de desempenho entre eles.

Em Yates e Hibberd (2010) apresenta-se uma revisão teórica dos principais aspectos considerados quando se decide desenvolver um modelo de desempenho. Ainda neste trabalho, os autores realizam uma comparação entre cinco ferramentas comerciais de simulação de sistemas fotovoltaicos, onde quatro delas foram descritas neste tópico (PVWatts, SAM, PVsyst e PVsol). O principal objetivo foi comparar o desempenho e capacidade de simulação dessas ferramentas em relação aos dados monitorados de dois sistemas em operação nos Estados Unidos. Além desses autores, um estudo similar de comparação entre as ferramentas foi

realizado por Lee et al. (2011), porém desta vez as estimativas foram comparadas com seis

sistemas, de diferentes tecnologias, instalados em ambientes com condições adversas, localizados no deserto australiano. Ambos os trabalhos, observaram que existe uma grande quantidade de incertezas que podem influenciar diretamente na estimativa produzida a partir dos modelos e ferramentas avaliadas, mas que um usuário experiente e de posse de informações de entrada de qualidade pode ajudar a minimizar os erros associados.

18

Assim, percebe-se que diversos são os estudos que avaliam os modelos de desempenho geral de sistemas. Entretanto, ainda existe uma certa carência de avaliações de maneira desagregada dos modelos, como por exemplo o estudo de modelos de desempenho apenas de geradores fotovoltaicos, o que permitiria uma melhor identificação das principais fontes de erros durante um processo de estimativa da geração. Portanto, este trabalho se torna de fundamental importância para este contexto.

Além dos programas computacionais supracitados, tem-se aqueles desenvolvidos por diversos pesquisadores, mas que apesar de terem finalidades similares dos até aqui apresentados, são de uso interno e necessitam de permissão pelos desenvolvedores para sua utilização. Portanto, o principal objetivo do próximo tópico é apresentar alguns desses programas, descrevendo suas respectivas aplicabilidades.