Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/6463
Title: Modelos de previsão da radiação solar para aplicações em sistemas de energia
Authors: Pinho, Tatiana de Fátima Martins
Advisor: Cunha, José Boaventura Ribeiro da
Santos, Raul Manuel Pereira Morais dos
Keywords: Radiação solar
Lógica difusa
Modelos de previsão
Geometria solar
Issue Date: 23-Sep-2016
Abstract: Atualmente verifica-se um consumo desmesurado de energia obtida a partir de combustíveis fósseis. Esta tendência, conjuntamente com as alterações climáticas, a limitação das reservas destes combustíveis, o fraco rendimento global do sistema energético e a presente dependência energética dos países, tem impulsionado as energias renováveis a constituírem a base de um novo cenário energético. A energia solar surge neste sentido como uma alternativa aos combustíveis fósseis, por causar poucos impactes no ambiente e permitir aproveitar o elevado potencial do Sol. O dimensionamento e desenvolvimento de sistemas de conversão de energia solar mais eficientes para um determinado local e aplicação requerem o uso de modelos dinâmicos de previsão da radiação solar por forma a simular as condições de operação do sistema. Contudo, a disponibilidade destes dados tem-se revelado espacial e temporalmente inadequada para este tipo de necessidades, fomentando o desenvolvimento de novas técnicas que efetuem a previsão da radiação solar de modo eficiente. Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de modelos que permitam a previsão da irradiância solar global incidente num plano horizontal para horizontes temporais de 5, 15 e 60 minutos. Para tal foram desenvolvidos, implementados e testados três modelos. O primeiro é baseado nas equações da geometria solar, o segundo num modelo auto-regressivo de média móvel (ARMA) e o terceiro em lógica difusa. Para o desenvolvimento e a validação dos modelos de previsão da radiação solar global incidente num plano horizontal utilizaram-se dados de dias com diferentes condições meteorológicas. Os dados foram registados com uma taxa de amostragem de 1 minuto numa estação meteorológica localizada no campus da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, em Vila Real (latitude 41º 17’, longitude 7º 44’). Os desempenhos dos modelos desenvolvidos foram comparados usando critérios de desempenho baseados em funções do erro de previsão (RMSE e PDM) e pela análise das propriedades estatísticas do mesmo (valor médio e desvio-padrão). Os resultados demonstraram que o melhor desempenho global para horizontes de previsão longos é obtido com o modelo baseado nas equações da geometria solar, cuja robustez se associa à componente física subjacente à formulação do modelo. No que se refere à qualidade das previsões para horizontes curtos, é o modelo baseado na lógica difusa que melhor descreve o comportamento dinâmico da série temporal em estudo.
Nowadays there is an excessive consumption of energy from fossil fuels. This trend together with climate changes, the limited reserves of fossil fuels, the weak performance of the energy system and the energy dependence of countries generate an increasing interest in the renewable energies as a basis for a new energy scenario. In this way, solar energy can assume a relevant role, due to the high potential of the Sun free energy and since it causes a low impact on the environment. The design and development of efficient systems for solar energy conversion, for a particular location and application, require the use of dynamic models to predict the solar radiation and to simulate different operating system scenarios. However, the availability of solar data has revealed to be insufficient, either spatially and temporally, for this kind of applications. This implies the need for developing new modeling techniques to compute adequate solar radiation predictions. This work proposes the development of models to compute global solar irradiance predictions, incident on a horizontal plane, for time horizons of 5, 15 and 60 minutes. With this purpose, it was implemented and tested three models. The first is based on the solar geometry equations, the second is an auto-regressive moving average model (ARMA) and the third is based on fuzzy logic. For the design and validation of the predictive models it was used data from days with different weather conditions. Data were recorded with a sampling rate of 1 minute at a meteorological station located on the campus of the University of Trás-os-Montes e Alto Douro, Vila Real (latitude 41 ° 17 ', longitude 7 º 44'). The performances of the developed models were compared using performance criterias based on functions of the prediction error (RMSE and PDM) and by the analysis of the error statistical properties (mean value and standard deviation). The results showed that the best overall performance for long forecast time horizons is obtained with the model based on the solar geometry equations, whose robustness is associated with the physical approach used. Regarding the forecasts for short time horizons, the best performances were achieved using the fuzzy logic model, being this model suited to describe the dynamic behavior of the time series only for short time horizons.
Description: Dissertação de Mestrado em Engenharia de Energias
URI: http://hdl.handle.net/10348/6463
Document Type: Master Thesis
Appears in Collections:TD - Dissertações de Mestrado

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