Otimizando a integração da rede fotovoltaica através do gerenciamento ativo de energia

Da pv magazine Global

À medida que o mundo adota recursos de energia renováveis, os sistemas fotovoltaicos representam uma imensa promessa para um futuro energético sustentável. No entanto, os desafios colocados pela natureza variável da geração fotovoltaica exigem uma reavaliação da forma como abordamos o planejamento da infraestrutura de rede. O relatório da Tarefa 14 da IEA-PVPS recentemente lançado “Active Power Management of Photovoltaic Systems – State of the Art and Technical Solutions” [“Gestão Ativa de Energia de Sistemas Fotovoltaicos – Estado da Arte e Soluções Técnicas] fornece uma exploração abrangente de uma mudança de paradigma que poderia redefinir o cenário da integração de sistemas fotovoltaicos distribuídos na rede.

O baixo fator de capacidade dos sistemas fotovoltaicos é um desafio para a infraestrutura da rede

Os sistemas fotovoltaicos distribuídos, embora contribuam largamente para a energia limpa, possuem um fator de capacidade baixo (relação entre a produção de energia e a potência máxima possível). Para garantir a geração contínua de energia, esta característica exige uma consideração cuidadosa da infraestrutura da rede, desviando-se das abordagens convencionais. Tradicionalmente, o planejamento da infraestrutura da rede girava em torno do dimensionamento para acomodar picos de energia. No entanto, o novo relatório da Tarefa 14 do PVPS defende uma mudança fundamental no sentido de um dimensionamento da rede centrado na energia. Gerenciamento de energia ativo (APM, da sigla em inglês para Active Power Management), que inclui por exemplo a redução e medidas complementares, podem resolver algumas das limitações associadas à natureza intermitente da energia solar, tornando a energia fotovoltaica um componente valioso na transição para fontes de energia sustentáveis.

Uma solução para dinâmica fotovoltaica: gerenciamento ativo de energia (APM)

De acordo com o novo relatório do PVPS Task 14, o ponto chave para enfrentar os desafios colocados pelo baixo fator de capacidade dos sistemas fotovoltaicos distribuídos reside na adoção do APM. O gerenciamento ativo de energia, em alguns contextos também chamado de ‘curtailment‘, atua como um mecanismo de controle dinâmico que gere ativamente o fluxo de energia dos ativos descentralizados para a rede para garantir que permaneça dentro dos limites operacionais.

Ao contrário dos sistemas de rede passivos que reagem às flutuações, o APM introduz proatividade ao moldar o fluxo de energia com base em condições em tempo real. Isso ajuda a aliviar a rede de picos de alta potência e, assim, protegê-la. Ao combinar o APM com outras medidas de otimização da rede, o valor da energia gerada por energia fotovoltaica aumenta.

Casos de uso para APM

O APM e, consequentemente, o corte de energia fotovoltaica tornam-se necessários em vários cenários. Razões comuns para implementar o corte fotovoltaico incluem:

• Restrições do sistema local: O reforço da ligação à rede é muitas vezes significativamente mais caro do que a redução da energia. Isto aplica-se ainda mais se a gestão do autoconsumo local for implementada.
• Restrições do sistema de distribuição: É impraticável dimensionar uma rede de distribuição para capacidade fotovoltaica de pico. A redução fotovoltaica pode resolver problemas de estabilidade durante períodos de alta produção e baixa demanda.
• Necessidades de serviços auxiliares: As redes elétricas exigem certos serviços auxiliares, como controle de frequência ou tensão. Se os sistemas fotovoltaicos forem operados em modo reduzido, eles poderão fornecer esses serviços de sistema.

Novas oportunidades com APM

Um dos principais benefícios do APM é o aprimoramento da estabilidade da rede. De todas as fontes de energia elétrica, os sistemas fotovoltaicos apresentam o fator de capacidade mais baixo. Para atingir o objetivo de um fornecimento de energia sustentável, grandes quantidades de sistemas fotovoltaicos devem estar ligadas à rede e a limitação dos picos de energia pode reduzir o stress na rede elétrica. Enquanto os sistemas de rede tradicionais lutam para acomodar as rápidas flutuações na produção de energia dos sistemas fotovoltaicos, o APM aborda este desafio gerenciando de forma inteligente as injeções e absorções de energia, garantindo um ambiente de rede estável mesmo durante períodos de alta variabilidade. Quando os picos de energia não são alimentados na rede, o excedente de eletricidade pode ser armazenado ou utilizado para aplicações menos eficientes. Usando o APM, a alimentação pode ser aumentada e diminuída dinamicamente.

Do ponto de vista ecológico, pode ser vantajoso dar prioridade à construção de sistemas fotovoltaicos adicionais e operá-los em modo reduzido, em vez de expandir a infra-estrutura da rede, dada a pegada ecológica mínima dos módulos fotovoltaicos.

Além disso, como o estudo da Tarefa 16 da IEA-PVPS “Firm Power Generation” demonstrou anteriormente, aceitar uma certa quantidade de perda de energia por redução também é mais barato do que instalar menos energia fotovoltaica, mas adicionar armazenamento sazonal ao sistema. No entanto, a redução não é um objectivo, mas sim um método para aumentar a utilização das redes eléctricas sem exceder os seus limites físicos. Só deverá ser a última opção se a energia fotovoltaica não puder ser utilizada noutro local.

Minimizando a perda de energia

Do ponto de vista energético e ambiental, a perda de energia através da redução deve ser limitada. Portanto, o relatório da Tarefa 14 da IEA-PVPS enfatiza a importância de combinar a APM com medidas complementares. O objectivo deve ser estabelecer uma abordagem holística e sinérgica à gestão da rede.

As medidas da rede envolvem a modernização da infraestrutura física para aumentar a capacidade energética da rede. Isto pode incluir controle de potência reativa, transformadores comutadores ou reforço de rede.

Quando combinadas com o APM, essas melhorias criam um sistema de rede inteligente e robusto. No entanto, o reforço da rede torna-se redundante se houver consumo insuficiente durante o período de produção. Portanto, pode ser essencial mudar a carga de períodos de baixa produção, como o período noturno para energia fotovoltaica, para períodos de alta produção. Assim, alinhar demanda e geração torna-se imperativo em cenários com penetração crescente.

A integração de soluções de armazenamento de energia, como baterias, na arquitetura da rede complementa ainda mais os esforços de APM. O armazenamento de energia serve como buffer, capturando o excesso de energia durante os períodos de alta geração e liberando-o durante os picos de demanda. Esta sinergia garante que a energia seja utilizada de forma otimizada, reduzindo o desperdício e melhorando a eficiência geral do sistema.

Medidas Proativas para um Futuro Sustentável

O relatório da Tarefa 14 da IEA-PVPS apela aos Operadores de Sistemas Distribuídos (ORD) que adotem uma postura proativa face à evolução da dinâmica energética. Especialmente no domínio da energia fotovoltaica distribuída, onde a geração de energia ocorre mais perto dos pontos de consumo, os ORD são incentivados a explorar e implementar estratégias de APM.

A abordagem tradicional de depender apenas da expansão da rede para satisfazer as crescentes exigências energéticas pode ser insuficiente face à natureza dinâmica dos sistemas fotovoltaicos. A adoção do APM alinha-se com as necessidades em evolução de um cenário energético moderno e sustentável. Ao gerir ativamente os fluxos de energia, os ORD podem garantir a integração eficiente de sistemas fotovoltaicos distribuídos, transformando-os de desafios potenciais em ativos inestimáveis para um futuro energético resiliente e eficiente.

Autora: Bettina Sauer

Pessoa de contato: Christof Bucher

Este artigo faz parte de uma coluna mensal do programa PVPS da IEA. Foi contribuído pela Tarefa 14 do PVPS da IEA.