Overview of Solar Energy in Brazil
1st Workshop Solar Energy, FAPESP
13/11/2017 Enio Bueno Pereira [email protected]
LABREN - Laboratory for Modelling and Studies of Renewable Energy Resources INPE – National Institute for Space Research Brazil’s NDC Nationally Determined Contributions Brazil’s Commitment to the Paris Agreement Greenhouse gas emissions Waist Industrial Treatment 2005 Processes 3% 5%
Energy Generation Land Use 24% -37% and Forests 2015 46%
Agriculture 2030 22%
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Brazil’s electricity energy matrix
dispatch of thermoelectric plants nuclear photovoltaic 14% 39000 wind 1,2% 0,02% 6,5% thermal 12% 37000 26% 10% 35000
8% Thermal/Hydro Hydro / GWh 33000
6% GWh 31000
4% Thermal water crisis Source ANEEL 2017 29000 hydro 2% 66% 0% 27000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
Source: ONS 2017
Wind and photovoltaic may be the answer to achieve the NDC goal for non- hydro renewable energy generation along with biomass
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Solar irradiance in Brazil
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Information barrier
• Variables energy source
• Energy planning and investments demand secure science-based information to assure the return of their investments and to obtain financing for their projects
• Stakeholders are interested in the knowledge of the influence of climate variability on • solar resource; • solar variability and trends; • Hydro-solar-wind complementarity, etc.
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP New science sector: Energy Metorology LABREN - Laboratory for Modelling and Studies of Renewable Energy Resources http://labren.ccst.inpe.br The multidisciplinary laboratory LABREN-CCST-INPE, carries out research and teaching activities in energy meteorology and in the climate system influence on energy resources making use of satellite data, computational modelling and observational data.
Research Topics: • Assessment of solar and wind energy resources • Short and medium-term forecast of solar and wind generation • Energy and global climatic changes • Site-specific measurements, characterization and modelling of solar and wind resources
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Solar resource assessment Large areas – available information
• Most of the available information sources for Brazilian territory are State Governments initiatives through bidding contracts
• Available information are based on statistical interpolation of ground observations
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Ground data versus model data
70 Interpola on 60 Extraplola on
50
40
30
Interpolation error error (%) Interpolation 20
10 Break-even (20 – 40 km) 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Distance between stations (km) New Brazilian Atlas of Solar Energy - 2007
An INPE accomplishment in association with several national universities
• 17 years of satellite data • Spectral radiation transfer model • Validation by using more than 500 ground sites • National coverage
Download pdf and shape format data at: 2006 http://labren.ccst.inpe.br/atlas_2017.html
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Site-specific solar assessment Model development Feasibility of projects Due- diligence
• Ground measurements
• Public solarimetric stations and/or networks
• Site-specific from projects - proprietary data
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP SONDA network http://sonda.ccst.inpe.br/ A BSRN/WMO associate Data acquisition sites managed by LABREN • INMET network Estação Tipo UF Altitude (m) Belo Jardim A PE 718 http://www.inmet.gov.br/ Brasília SA DF 1023 Cachoeira Paulista S SP 574 Caicó S RN 176 Campo Grande S MS 677 Data acquisition sites managed Cuiabá S MT 185 by partners and collaborators Ourinhos SA SP 446 Estação Tipo UF Altitude (m) Palmas S TO 216 Chapecó S SC 700 Petrolina SA PE 387 Rolim de Moura S RO 252 Curitiba S PR 891
São Luiz S MA 40 Florianópolis S SC 31 São João do Cariri A PB 486 Joinville S SC 48 São Martinho da SA RS 489 Serra Natal S RN 58 Triunfo A PE 1123 Sombrio S SC 15
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP PV yield (kWh/kWp) Global latitude tilted irradiation
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP 14/11/2017 tilted irradiation Global latitude 1st Workshop 1st Solar Energy - FAPESP 4 5
Atlas Brasileiro de Energia Solar Model Uncertainties (mean daily totals for global horizontal irradiation)
Maximum percentage deviation between modeled and observed monthly average of daily global irradiation for the percentiles of 10% and 90%
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Model Uncertainties (daily totals of global horizontal irradiation)
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Model Validation (mean daily totals for global horizontal irradiation)
Good agreement of distribution curves between observed and modelled values
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP 14/11/2017 1st Workshop 1st Solar Energy F i g u r a
4 1 .
M a p a
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p e r c e n - t i FAPESP l
P 2 5
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14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Seasonal Variability daily totals of global horizontal irradiation (kWh/m2.dia)
maximum
mean median
minimum
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Trends (mean daily totals for global horizontal irradiation)
Mann-Kendall trend analysis at 95% confidence level
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP maximum
mean median (Brazilian regions versus Europe)
Comparison minimum
.dia
2
/m kWw
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP p o p a m r s q d c n e s P o é i n p i e o t c B a i v c n P p c c (standard (standard sized system) Solar Hot r n m e r i i a o o o t a n , p m e ã e a r r b r r b e r e r s m a m d a r g p o i a o r o a l l s t o r n b c e m p e r c s n t l a p n e o a i i o
- - Yearly specific energy thermalproduction e a d i t e v o d i s v e s c e a e r
õ c r c r d e s t o c s r o m a g i
o i l i o e a s s t e r i e o i s e a f l e a d n e i t o o a p r e n . v q s • • • • • s e C P O i o c d d s s ç c e s 14/11/2017 ç r s t a ç s a s t s s money savings moneysavings in andSouth Southeast. Higher energy causes thermalhigher production demand.absenceproduction of of the because energy thermalthe andsaturates oversized became Northeast Standardsystems andin North r t i a C a n a d d a n á e ã a a a i r s d t o e r ã i . ã b , e
s a d 7 c d m a c r v c c l r m e á g c o í d s a i r o c a l e n s t r m o a r o s s e ã m c o t o v l o o 5 P o
a e i i e a m a p o o e m e o n n t t é o a d
t l e o a i d n n s n l o l p
a e s o j i a r l n g a n f o e e e n a t e e t l s r a c o e i
l n d m t p i e o e s s t á ç e n a r n e e m , r m e m i i t s n p c c f a m o r t m d
b r
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r m o c n m e a d c 1st Workshop 1st Solar Energy t , i r d e s i
I t s d p r l n e o q d a i e c r m d n e r d r m s e h r a l r r p c a p a a o e d e p r ‐ t e d o o n 2 a r e g m s a e v s i s t e s i i t n o d m r a e e a , l ‐ d
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e c t l s g e t n l r r e c r t i a i c r r e a a c r d o d a e Water Water i t a t r s ã s e o m e o í i o t a o r c i e e n o l i e l f o i e c m e q v i s i a e d i a e a n i r a a m o o p i g m x c o a m r d d m
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FAPESP e l
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5
9
Atlas Brasileiro de Energia Solar Potential for CSP (kWh/m2.year)
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Fast growing PV Distributed Generation Market
Source: ANEEL/ABSOLAR, 2017. Last update: 01/11/2017.
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP PV distribute market • 8114 residential Source: Instituto IDEAL, 2017 • 1541 commercial • 213 industrial
Number of companies in the PV sector
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Installed Capacity of Distributed PV Installations by Consumption Type
Source: ANEEL/ABSOLAR, 2017. Last update: 01/11/2017.
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Prices R$/Wp of distributed PV in 2016
kWp
3.81R$ = 1€
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Large-Scale PV Power Plants in Electricity Auctions
Source: CCEE/ABSOLAR, 2017.
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Location of authorized ventures in PV energy auctions
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP The Brazilian market for flat plates solar heaters
2.000.000 16.000.000 Fast growing: 3rd place in added capacity Area nova 1.800.000 instalada-m2 14.000.000 behind only of Turkey and China
1.600.000 Area Acumulada 12.000.000 1.400.000
10.000.000 1.200.000
Para a criação de qalqer cenário econômico é necessário partir de parâmetros como csto do eqipamento, csto da energia axiliar, taxas diversas, inflação, etc. Esses valores, porém, variam mito ao longo dos anos, levando à 1.000.000 8.000.000 imprecisão das estimativas feitas. Por isso, opto‐se por apresentar m cenário de desempenho de m sistema típico no Brasil. Considero‐se o so de:
•coletor de placa plana com cobertra de vidro (crva de eficiência conforme Mathner et al., 2015); 800.000 •volme do reservatório igal ao volme de ága 6.000.000 consmido diariamente; •relação entre volme do reservatório e área de placa 75 litros/m2; •consmo diário de 300 litros de ága aqecida a 40°C; 600.000 •a temperatra da ága fria eqivale à média mensal da temperatra ambiente local.
4.000.000 Calclando a prodção anal de energia em relação à área de
coletores obtém‐se m parâmetro qe pode ser facilmente r
a
l
transformado em resltado financeiro, considerando o preço de o
S
a 400.000 m sistema completo e a tarifa local de energia. Os resltados Figura 46. Produção anual de energia térmica por área de coletor i
g obtidos consideram o so de m sistema padrão para todo o país solar instalada utilizando um sistema de referência (reservatório r
e
= consumo diário = 300 litros; relação reservatório/área de placa n
e, portanto, melhores resltados podem ser obtidos analisando E 2 individalmente cada região. A Figra 46 mostra qe ma maior = 75 litros/m ; temperatura de consumo = 40°C). e
d
o
prodção anal de energia térmica por área de coletor instalada r
i
2.000.000 e
l
não está necessariamente nas regiões de maior incidência de i
s
a
200.000 irradiação solar. Isso ocorre porqe a demanda de energia térmica r
B
é maior em regiões de clima mais frio (Figra 47), fazendo com qe s
a
l
o potencial de aqecimento do sistema seja melhor aproveitado. t Para as regiões de clima mais qente, o sistema adotado nessa A simlação fica sperdimensionado, pois é capaz de fornecer mais energia térmica do qe necessária. Isso também comprova a 0 0 necessidade de dimensionar o eqipamento de acordo com as características climáticas locais. Nas regiões Sdeste e Sl, a maior 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 demanda de energia exige eqipamentos maiores, o qe faz com qe os cstos específicos dos componentes complementares do sistema sejam menores, trazendo maior retorno financeiro a essas regiões. Por otro lado, o correto dimensionamento em climas mais qentes permite ma redção de csto qe pode tornar atraente economicamente sistemas de aqecimento solar, principalmente os de grande porte. É interessante também observar o menor desempenho dos eqipamentos na região Norte provocado pela alta neblosidade.
Obviamente, toda essa discssão é afetada pelos preços cobrados pela energia elétrica, qe é diferente de acordo com a concessionária prestadora do serviço e ajstado analmente pelo agente reglador de acordo com os PRORET ‐ Source: ABRAVA, 2017 Procedimentos de Reglação Tarifária (ANEEL, 2011). 59
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP PV potential from degraded areas
Questões:
- Critério para definir áreas degradadas
- Percentual útil para geração de energia Theoretical potential for solar energy
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Daily electricity consumption curve
Usina Celso Furtado, BA potência instalada de 186 MW
34 Variability – integrated distribution sistem
0,10 0,10 0,10 0,10
0,08 0,08 0,08 0,08
0,06 0,06 0,06 0,06
0,04 0,04 0,04 0,04
0,02 0,02 0,02 0,02
0,00 0,00 0,00 0,00 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
-0,02 -0,02 -0,02 -0,02
-0,04 -0,04 -0,04 -0,04
-0,06 -0,06 -0,06 -0,06
-0,08 -0,08 -0,08 -0,08
-0,10 -0,10 -0,10 -0,10
700 700 700 700
600 600 600 600
500 500 500 500
400 400 400 400
300 300 300 300
200 200 200 200
100 100 100 100
0 0 0 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 5 25 77
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Challenges to Overcome in Developing the potential of Brazilian Solar PV:
• Clear demands (ABSOLAR) - Large-scale PV: auction at least 2 GW per year. – Distributed PV: set a goal of 1,2 million systems (4,5 GW) by 2024. – Establish a national PV goal of at least 30 GW by 2030. • Financing – Improve and diversify financing options for small and large projects. • Taxation – Promote tax exemption of the main PV components and equipment: IPI, PIS, COFINS and ICMS. • Value chain - Improve public awareness - Develop and implement a competitive industrial policy for local manufacturing of PV components and equipment. • Research - Improve solar energy resource assessment methods - Develop new and better methods of solar energy forecast - Expand solar radiation measurement network - Improve the national capacity building
14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP Atlas Brasileiro Atlasd eBrasileiro EnerAgitalda Sseo Blarrasileiro
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A Centro de Ciência do Sistema Terrestre Apoio
Apoio
Apoio 14/11/2017 1st Workshop Solar Energy - FAPESP