Pretende-se que o sistema, como o apresentado na figura 36, seja modular, podendo o consumidor optar pela aquisição de diferentes módulos consoante as suas necessidades de energia e do grau de autonomia.
Cargas
DC
Cargas
AC
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O sistema poderá ser implementado com base na fonte de energia primária renovável mais abundante na Terra, a solar e a energia proveniente da força do vento. A energia produzida pelos painéis fotovoltaicos ou pela(s) turbina(s) eólica(s) será gerida por sistemas reguladores, podendo ser fornecida à carga DC, armazenada em baterias de acumuladores e/ou convertida por um conversor DC-AC para alimentar uma carga AC ou para fornecer a rede elétrica pública.
O armazenamento pode ser feito em baterias, mas tendo em consideração ser limitado o número de cargas/descargas que estas suportam e ao tempo de vida esperado. Também se recorre a um módulo de supercondensadores, que suportam melhor as variações nas correntes.
Os supercondensadores permitem neste sistema o carregamento / descarregamento rápido de eventuais veículos elétricos, bem como, otimizar o tempo de vida das baterias. Combina-se assim a alta capacidade de armazenamento energético das baterias, com a alta densidade de potência dos supercondensadores, resultando em alta eficiência, alta performance, baixo espaço e um sistema leve [85].
Cada conversor DC-DC é controlado para funcionar de forma cooperativa com os outros conversores e com o conversor bidirecional (AC-DC), de modo a fazerem a gestão da energia, tendo o sistema de energia a capacidade para aceitar solicitações das cargas (em DC ou AC), incluindo a possibilidade de ligação dos veículos elétricos. Estes tanto podem ser ligados ao barramento AC, como ao barramento DC, mas neste último caso o sistema em carregamento DC direto tem de estar adaptado.
Na figura 37 apresenta-se um sistema de energia para autoconsumo em DC e AC, e formado por sete módulos (seis conversores DC-DC e um inversor bidirecional), dois conversores DC-DC responsáveis pela produção de energia (solar e/ou eólica), quatro conversores DC-DC pelo armazenamento de energia (baterias e supercondensadores) e um conversor AC-DC bidirecional, que permita a conversão da corrente contínua em alternada e vice-versa, bem como, a estabilização do nível de tensão a fornecer à rede DC e às cargas.
O conversor bidirecional AC-DC é responsável por manter os 24 V no barramento DC. Caso seja verificada uma possibilidade de descida da tensão no barramento DC, este vai funcionar retirando a energia da parte AC para a DC. Se houver uma possibilidade de subida no barramento DC este conduz a energia de DC para AC. Os conversores DC-DC irão ter a função de permitir controlar a corrente na sua saída e deste modo controlar os fluxos de corrente no barramento DC.
Na entrada do conversor bidirecional AC-DC é aplicado um autotransformador com a função de permitir passar dos 230/400 V da rede AC, para uma tensão inferior que é disponibilizada na entrada do inversor. Tem também a função inversa de elevar a tensão disponibilizada na entrada do inversor para os 230/400 V da rede AC.
As duas fontes renováveis de energia poderão ser simuladas com recurso a duas fontes laboratoriais POWER SUPPLY EA-PS 2084-10B, de forma a se poder simular com as condições climatéricas desejadas.
Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores da FCTUC 53 Carga AC Rede AC (230 V/400V, 50 Hz) Inversor SEMIKRON 132GD120-3DUL Carga DC (24 V) Conversor DC-DC Conversor DC-DC Conversor DC-DC Conversor DC-DC Conversor DC-DC Conversor DC-DC Baterias Supercondensadores Fonte Renovável I Fonte Renovável II 24 V 27 V 24 V Simulação com fonte laboratorial Simulação com fonte laboratorial Ib1 Ib2 ISC1 ISC2 IE IPV1 Cooper Bussmann (2 paralelos, cada um com 10 supercondensadores em série, tendo 2,7 V e 300 F cada supercondensador)
YUASA (2 paralelos, cada um com 4 baterias, sendo cada uma
de 12V e 12 AH ) ICDC VDC 24 V ICAC VAC Autotransformador 24 V
Figura 37 – Sistema de energia para autoconsumo em DC e AC.
Os despachos de energia que flui no barramento DC depende de diversos parâmetros: da produção de energia e da sua previsão;
das necessidades de carga do consumidor e da sua previsão;
do estado de carga das baterias e outros elementos de armazenamento; da interação com a rede fornecendo serviços de rede;
dos custos da energia.
São ainda condições para o algoritmo, ser capaz de aceitar pedidos do gestor da rede, quer no sentido da diminuição de potência pedida à rede, bem como no aumento de potência. A diminuição de potência pedida à rede pode ser de duas formas libertando carga (deslastres) ou/e fornecendo energia armazenada nos elementos de armazenamento. O aumento de potência é conseguido ligando-se cargas e/ou armazenando energia nos elementos de armazenamento (baterias e supercondensadores).
Não havendo pedidos por parte do gestor da rede deve atender às previsões de produção (condições climatéricas), de consumo e estado de carga dos elementos de armazenamento de energia. Com base na informação descrita anteriormente o modelo de gestão deve fazer uma gestão energética o mais otimizada possível evitando trocas com a rede a menos daquelas que resultem vantagens económicas, comprar a custo reduzido ou vender a preço alto em socorro da rede.
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A figura 38 apresenta o fluxograma do algoritmo de gestão de fluxos de energia destinado a um consumidor de baixa tensão, com produção associado a armazenamento e na perspetiva de prestar serviços de rede.
Despacho 6 Previsão de Produção ≥ Capacidade de Armazenamento + Previsão de Carga ? Armazenamento com Capacidade a 100% ? Sim Despacho 5 Sim Armazenamento com Capacidade superior a 10%? Sim Despacho 7 Não Despacho 8 A capacidade do Armazenamento é inferior a 80% e o Preço de Compra Compensador? Sim Não Não Não Pedido do Gestor do Sistema ? Não Despacho 1 Sim De que Tipo ? Fornecimento / Deslastre de Cargas
Capacidade de Armazenamento Superior a 20 % ? Sim Despacho 2 Despacho 3 Não Capacidade de Armazenamento Inferior a 80 % ? Despacho 4 Sim Não Aumento do Consumo
Com Pedido de Rede Sem Pedido de Rede
Figura 38 – Algoritmo de gestão energética do sistema.