Influência das Mudanças de Tempo e Variabilidade Climática sobre a Produção de Energia Fotovoltaica no Estado do Maranhão (Climate Risk for Photovoltaic Energy Production in the state of Maranhão)

Francisco Emenson Carpegiane Silva Feitosa, Ramisa Cristina Rodrigues Belo, Jessflan Rafael Nascimento Santos, Mayara Lucyanne Santos de Araújo, Juliana Sales dos Santos, Fabrício Brito Silva

Resumo


O objetivo deste estudo foi desenvolver uma metodologia para utilização de dados provenientes de sensoriamento remoto para o planejamento de projetos de energia fotovoltaica no Maranhão. Foram utilizados dados de radiação obtidos na base global GLDAS e precipitação proveniente do satélite TRMM, no período de 2001 a 2014. Os dados de radiação foram processados através da técnica de análise de séries temporais (ACP). O potencial de produção de energia fotovoltaica foi simulado considerando um sistema de 20 módulos fotovoltaicos, cada um com potencial nominal de 45Wp. Uma análise de regressão linear foi realizada para avaliar a correlação entre radiação e precipitação. Por último, o teste de Mann Kendall foi executado para avaliar as tendências nos dados de radiação e precipitação. Através da ACP foram identificadas duas Zonas homogêneas em relação à radiação, uma menor na região do Oeste (bioma amazônico) e a maior na região Leste do Estado (bioma cerrado). A precipitação respondeu por 21,3% na variação anual da radiação na região da Amazônia e 31,2% no Cerrado. A região de cerrado apresentou os maiores valores de radiação solar, e os menores valores foram registrados na região da Amazônia. Pelo teste de Mann Kendall, houve uma tendência linear de aumento na média mensal de radiação solar incidente na região amazônica e cerrado, tanto no período seco quanto no chuvoso. As análises mostraram um cenário favorável para produção de energia solar no Estado do Maranhão, com reduzido risco climático devido à tendência no aumento da radiação.




 

A B S T R A C T

 

The objective of this study was to develop a methodology for use of data from remote sensing in planning photovoltaic energy projects in the Maranhao. Solar radiation data was obtained from global basis GLDAS and rainfall from the TRMM satellite, from 2001 to 2014. The radiation data were processed through the time series analysis technique (PCA). The photovoltaic power generation potential was simulated considering 20 photovoltaic module system, each one with a nominal power of 45Wp. A regression analysis was performed to evaluate the correlation between radiation and precipitation. Finally, the Mann Kendall’s test was performed to evaluate trends in radiation and precipitation data. By PCA were identified two homogeneous zones in relation to radiation, lower in the west (Amazon biome) and the largest east region of the state (Savanna biome). Rainfall represented 21.3% in the annual variation of radiation in the Amazon region and 31.2% in Savanna. The Savanna region showed the highest solar radiation values and the lowest values were recorded in the Amazon region. By Mann Kendall test, there was a positive linear trend of increase in the monthly average incident solar radiation in the Amazon region (Kendall's tau = 0.2173, p <0.0001) and in the Savanna region (Kendall's tau = 0.1651, p = 0.0011). Analyses showed a favorable scenario for the production of solar energy in the state of Maranhao, with a low climate risk due to the trend in increased radiation.

 

Keywords: renewable energy, energy planning, climate change.



Palavras-chave


Energias Renováveis;Planejamento Energético;Mudanças Climáticas.

Texto completo:

PDF (English) PDF

Referências


Alsema, E.A., 2000. Energy pay‐back time and CO2 emissions of PV systems. Progress in photovoltaics: research and applications 8, 17-25.

Alves, R.D.S., Souza, A.S.D., 2014. Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos. Igarss 530.

Costa, M.S., Lima, C.L., Gonçalves, K.A., 2016. Tendências observadas em extremos de precipitação sobre a região Semiárida do Nordeste do Brasil (Trends observed in precipitation extremes over the semiarid region of Notheast Brazil). Revista Brasileira de Geografia Física 8, 1321-1334.

Dal Pai, E., Escobedo, J.F., 2014. Estimativa da radiação atmosférica em função dos índices radiométricos kt e kd para botucatu-SP. Energia na Agricultura 30, 172-179.

De Vries, B.J.M., Van Vuuren, D.P., Hoogwijk, M.M., 2007. Renewable energy sources: Their global potential for the first-half of the 21st century at a global level: An integrated approach. Energy policy 35, 2590-2610.

Dubayah, R., Loechel, S., 1997. Modeling Topographic Solar Radiation Using GOES Data. J. Appl. Meteorol. 36, 141–154.

EPE. Empresa de Pesquisa Energética, 2015. Balanço Energético Nacional, ano base 2014. Ministério de Minas de Energia. Brasília.

EPE. Empresa de Pesquisa Energética, 2016. Balanço Energético Nacional 2016 - Ano base 2015, Ministério de Minas e Energia. Brasília.

Filho, J.D.C.S., Ribeiro, A., Costa, M.H., Cohen, J.C.P., Rocha, E.J.P., 2006. Variação sazonal do balanço de radiação em uma floresta tropical no nordeste da Amazônia. Revista Brasileira de Meteorologia 21, 318-330.

Foukal, P., Lean, J., 1990. An Empirical Model of Total Solar Irradiance Variation Between 1874 and 1988. Science 247, 556–558.

Francis, D., Hengeveld, H., 1998. Extreme Weather and Climate Change, Atmospheric Environment. Minister of Enviroment, Ontario, Canada.

Gong, X., Kulkarni, M., 2005. Design optimization of a large-scale rooftop photovoltaic system. Sol. Energy 78, 362–374.

Harrison, E.F., Minnis, P., Barkstrom, B.R., Ramanathan, V., Cess, R.D., Gibson, G.G., 1990. Seasonal variation of cloud radiative forcing derived from the Earth Radiation Budget Experiment. J. Geophys. Res. Atmos. 95, 18687–18703.

Hastenrath, S., Greischar, L., 1993. Further work on the prediction of northeast Brazil rainfall anomalies. American Meteorological Society 6, 743-758.

IPCC, Pachauri, R.K., Meyer, R. L., 2014. Cli-mate Change 2014: Synthesis Report. Cam-bridge Univ. Press, Cambridge.

Kendall, M.G., 1955, Rank Correlation Methods, 2 ed. Charles Griffin, London.

Krauter, S., Rüther, R., 2004. Considerations for the calculation of greenhouse gas reduction by photovoltaic solar energy. Renewable Energy, 29, 345-355.

Liepert, B.G., 2002. Observed reductions of surface solar radiation at sites in the United States and worldwide from 1961 to 1990 29, 1-4.

Mather, P.M., Koch, M., 2010. Preprocessing of Remotely‐Sensed Data. Computer Processing of Remotely-Sensed Images: An Introduction, 4ed. Wiley-Blackwell, New Jersey.

MME. Ministério de Minas e Energia, 2015. Plano Decenal de Energia Elétrica 2024. Brasília.

Molion, L.C.B., 1987. Climatologia dinâmica da região amazônica: mecanismos de precipitação. Revista Brasileira de Meteorologia, 2, 107-117.

Moradi, I., 2009. Quality control of global solar radiation using sunshine duration hours. Energy 34, 1-6.

Muniz, F.H., 2006. A vegetação da região de transição entre a Amazônia e o Nordeste: diversidade e estrutura. In: Emanoel Gomes de Moura. (Org.). Agroambientes de transição entre o Trópico Úmido e o Semi-árido do Brasil: atributos, alterações e uso na produção familiar. 2 ed. São Luís: Programa de Pós-graduação em Agroecologia/UEMA, v. 1, p. 53-69.

Rocha, H.R., Golden, M.L., Miller, S.D., Menton, M.C., Pinto, L.D.V.O., Freitas, H.C., Figueira, A.M.S., 2004. Seasonality of water and heat fluxes over a tropical Forest in eastern Amazônia. Ecological Applications 14, S22-S32.

Salby, L.M., 1996. Fundamentals of Atmospheric Physics. International Geophysics Series, 61. Academic Press, San Diego.

Serafini, L.Z., 2007 Proteção jurídica das áreas úmidas e os direitos Socioambientais. Dissertação (Mestrado). Curitiba, PUC-PR.

Silva, V.P.R., Correia, A.A., Coelho, M.S., 1998. Análise de tendência das series de precipitação pluvial do Nordeste do Brasil. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, 2, 111-114.

Stanhill, G., Cohen, S., 2001. Global dimming: A review of the evidence for a widespread and significant reduction in global radiation with discussion of its probable causes and possible agricultural consequences. Agric. For. Meteorol. 107, 255-278.

TrieB, Franz. Global potential of concentrating solar power. In: Conference Proceedings. 2009.

Varejão-Silva, M.A., 2006. Meteorologia e Climatologia. Versão digital 2. Recife, PB, março, 463p.

Weinrub, A., 2011. Community Power Decentralized Renewable Energy in California. Local Clean Energy Alliance, Oakland.

Wang, Shifeng, Koch, Barbara., 2010. Determining profits for solar energy with remote sensing data. Energy 35, 2934-2938.

Wild, M., Gilgen, H., Roesch, A., Ohmura, A., Long, C.N., Dutton, E.G., Forgan, B., Kallis, A., Russak, V., Tsvetkov, A., 2005. From dimming to brightening: decadal changes in solar radiation at earth’s surface, Science 308, 847-850.




DOI: https://doi.org/10.26848/rbgf.v10.6.p1959-1973

Licença Creative Commons
Esta obra está licenciada sob uma licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

      

Revista Brasileira de Geografia Física - ISSN: 1984-2295

Creative Commons License
Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License