Estudo de retrofit de microusinas fotovoltaicas para integração de sistemas de armazenamento de energia por baterias

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Maia, Weliton da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35909
Resumo: Solar photovoltaic energy has shown intense growth in the last decade between 2013 and 2023. Data from global renewable energy reports show a record increase of 407 GW in 2023 alone, reaching 1,589 GW of installed capacity. Brazil has also shown significant growth with more than 50 GW by December 2024. This advance has driven interest in solutions that integrate grid-connected photovoltaic systems (GCPV) with battery energy storage. This combination offers benefits such as improved grid quality and reliability, demand management, and greater energy security through backup systems. Currently in Brazil, there is no specific standard to address the application of GCPV with batteries, however some laws and standards tend to influence the use of these systems in the country, such as Law 14300, REN No. 1000/2021, and INMETRO Ordinance 140 of 2022. This study aimed to study and propose retrofit solutions for photovoltaic micro-power plants, exploring different ways of integrating batteries with existing systems. The methodology adopted involved a detailed literature review and analysis of the technological solutions available on the market, focusing on the equipment and configurations used in different scenarios. Based on this information, integration strategies were developed, including the case study in Green Office at the Federal Technological University of Paraná, evaluating nine different configurations, which include replacements and couplings of inverters. The results obtained confirmed the viability of the proposed solutions, demonstrating that micro-power plants can be modernized efficiently, with significant gains in operational flexibility and energy efficiency. It was also demonstrated that for a retrofit to be successful, it is necessary to validate a series of items, including the final objective of the application and the need for modifications to the electrical infrastructure of the site. In addition, the proposed solutions contribute to increasing the energy autonomy of users and reducing operational costs. In the case of the Green Office, it was found that the best retrofit option would be scenario 5, which uses an AC-coupled inverter, since it does not replace the university’s operating inverter, it would be less costly to implement, and it would allow for all possible services. Overall, this work represents an important contribution to the Brazilian photovoltaic sector, by offering practical and technical subsidies that can guide future initiatives for integrating GCPV with battery storage systems, promoting sustainability and technological advancement in the field of renewable energy.
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spelling Estudo de retrofit de microusinas fotovoltaicas para integração de sistemas de armazenamento de energia por bateriasRetrofit study of photovoltaic microplants for integration of battery energy storage systemsSistemas de energia fotovoltaicaBaterias elétricasEnergia - ArmazenamentoEnergia solarGeração de energia fotovoltaicaPhotovoltaic power systemsElectric batteriesEnergy storageSolar energyPhotovoltaic power generationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIAEngenharia ElétricaSolar photovoltaic energy has shown intense growth in the last decade between 2013 and 2023. Data from global renewable energy reports show a record increase of 407 GW in 2023 alone, reaching 1,589 GW of installed capacity. Brazil has also shown significant growth with more than 50 GW by December 2024. This advance has driven interest in solutions that integrate grid-connected photovoltaic systems (GCPV) with battery energy storage. This combination offers benefits such as improved grid quality and reliability, demand management, and greater energy security through backup systems. Currently in Brazil, there is no specific standard to address the application of GCPV with batteries, however some laws and standards tend to influence the use of these systems in the country, such as Law 14300, REN No. 1000/2021, and INMETRO Ordinance 140 of 2022. This study aimed to study and propose retrofit solutions for photovoltaic micro-power plants, exploring different ways of integrating batteries with existing systems. The methodology adopted involved a detailed literature review and analysis of the technological solutions available on the market, focusing on the equipment and configurations used in different scenarios. Based on this information, integration strategies were developed, including the case study in Green Office at the Federal Technological University of Paraná, evaluating nine different configurations, which include replacements and couplings of inverters. The results obtained confirmed the viability of the proposed solutions, demonstrating that micro-power plants can be modernized efficiently, with significant gains in operational flexibility and energy efficiency. It was also demonstrated that for a retrofit to be successful, it is necessary to validate a series of items, including the final objective of the application and the need for modifications to the electrical infrastructure of the site. In addition, the proposed solutions contribute to increasing the energy autonomy of users and reducing operational costs. In the case of the Green Office, it was found that the best retrofit option would be scenario 5, which uses an AC-coupled inverter, since it does not replace the university’s operating inverter, it would be less costly to implement, and it would allow for all possible services. Overall, this work represents an important contribution to the Brazilian photovoltaic sector, by offering practical and technical subsidies that can guide future initiatives for integrating GCPV with battery storage systems, promoting sustainability and technological advancement in the field of renewable energy.A energia solar fotovoltaica vem demonstrando intenso crescimento na última década entre 2013 e 2023. Dados de relatórios globais de energia renovável demonstram acréscimo recorde de 407 GW somente em 2023, chegando a 1.589 GW de capacidade instalada. O Brasil também demonstrou um grande crescimento com mais de 50 GW até dezembro de 2024. Esse avanço tem impulsionado o interesse por soluções que integrem sistemas fotovoltaicos conectados à rede (SFCR) com armazenamento de energia em baterias. Essa combinação oferece benefícios como melhoria na qualidade e confiabilidade da rede, gerenciamento da demanda e maior segurança energética por meio de sistemas de backup. Atualmente no Brasil, não existe uma norma especifica para tratar da aplicação de SFCR com bateria, entretanto algumas leis e normas tendem a influenciar o uso desses sistemas no país, como a Lei 14.300, a REN nº 1.000/2021 e a portaria 140 de 2022 do INMETRO. Este trabalho teve como objetivo estudar e propor soluções de retrofit para microusinas fotovoltaicas, explorando diferentes formas de integração de baterias com sistemas já existentes. A metodologia adotada envolveu uma revisão detalhada da literatura e análise das soluções tecnológicas disponíveis no mercado, com foco nos equipamentos e configurações utilizados em diferentes cenários. Com base nessas informações, foram desenvolvidas estratégias de integração, incluindo o estudo de caso no Escritório Verde da UTFPR, avaliando nove configurações distintas, que incluem substituições e acoplamentos de inversores. Os resultados obtidos confirmaram a viabilidade das soluções propostas, demonstrando que as microusinas podem ser modernizadas de forma eficiente, com ganhos significativos em flexibilidade operacional e eficiência energética. Foi demonstrado também, que para um retrofit seja bem-sucedido é necessário que se faça uma validação de uma série de itens, entre eles o objetivo final da aplicação até a necessidade de modificações da infraestrutura elétrica do local. Além disso, as soluções propostas contribuem para aumentar a autonomia energética dos usuários e reduzir custos operacionais. No caso do escritório verde, foi verificado que a melhor opção de retrofit seria cenário 5 que utiliza um inversor do tipo acoplamento CA, por não substituir o inversor em operação da universidade, atribuir menor custo a implementação e permitir todos os serviços possíveis. De modo geral, este trabalho representa uma contribuição importante para o setor fotovoltaico brasileiro, ao oferecer subsídios práticos e técnicos que podem guiar futuras iniciativas de integração de SFCR com sistemas de armazenamento em baterias, promovendo sustentabilidade e avanço tecnológico no campo das energias renováveis.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Sistemas de EnergiaUTFPRUrbanetz Junior, Jairhttps://orcid.org/0000-0001-9355-1730http://lattes.cnpq.br/2654512569280452Aoki, Alexandre Rasihttps://orcid.org/0000-0001-9863-6610http://lattes.cnpq.br/0566385360819334Tiepolo, Gerson Maximohttps://orcid.org/0000-0002-0409-4484http://lattes.cnpq.br/7922802052475230Urbanetz Junior, Jairhttps://orcid.org/0000-0001-9355-1730http://lattes.cnpq.br/2654512569280452Maia, Weliton da2025-02-07T19:31:39Z2025-02-07T19:31:39Z2024-12-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMAIA, Weliton da. Estudo de retrofit de microusinas fotovoltaicas para integração de sistemas de armazenamento de energia por baterias. 2025. Dissertação (Mestrado em Sistemas de Energia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35909porhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-02-08T06:10:49Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/35909Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-02-08T06:10:49Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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description Solar photovoltaic energy has shown intense growth in the last decade between 2013 and 2023. Data from global renewable energy reports show a record increase of 407 GW in 2023 alone, reaching 1,589 GW of installed capacity. Brazil has also shown significant growth with more than 50 GW by December 2024. This advance has driven interest in solutions that integrate grid-connected photovoltaic systems (GCPV) with battery energy storage. This combination offers benefits such as improved grid quality and reliability, demand management, and greater energy security through backup systems. Currently in Brazil, there is no specific standard to address the application of GCPV with batteries, however some laws and standards tend to influence the use of these systems in the country, such as Law 14300, REN No. 1000/2021, and INMETRO Ordinance 140 of 2022. This study aimed to study and propose retrofit solutions for photovoltaic micro-power plants, exploring different ways of integrating batteries with existing systems. The methodology adopted involved a detailed literature review and analysis of the technological solutions available on the market, focusing on the equipment and configurations used in different scenarios. Based on this information, integration strategies were developed, including the case study in Green Office at the Federal Technological University of Paraná, evaluating nine different configurations, which include replacements and couplings of inverters. The results obtained confirmed the viability of the proposed solutions, demonstrating that micro-power plants can be modernized efficiently, with significant gains in operational flexibility and energy efficiency. It was also demonstrated that for a retrofit to be successful, it is necessary to validate a series of items, including the final objective of the application and the need for modifications to the electrical infrastructure of the site. In addition, the proposed solutions contribute to increasing the energy autonomy of users and reducing operational costs. In the case of the Green Office, it was found that the best retrofit option would be scenario 5, which uses an AC-coupled inverter, since it does not replace the university’s operating inverter, it would be less costly to implement, and it would allow for all possible services. Overall, this work represents an important contribution to the Brazilian photovoltaic sector, by offering practical and technical subsidies that can guide future initiatives for integrating GCPV with battery storage systems, promoting sustainability and technological advancement in the field of renewable energy.
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